双碳目标及国家氢能中长期发展规划指引下,国内绿氢项目呈现快速增长趋势,给电解水制氢设备带来了巨大商业机会。基于对市场前景的良好预判,多方势力抓紧筹谋布局,技术路线呈多元化发展趋势,其中AEM作为一种新兴制氢技术路线正在兴起。
公开消息显示,深圳稳石氢能已推出了国产AEM电解水系统,北京未来氢能科技AEM制氢设备中试基地项目开工建设,引发行业人士的广泛关注。在国内ALK、PEM、SOEC等多种电解水制氢技术路线并存的背景下,AEM对比其他制氢技术有哪些优劣势,市场前景如何?
AEM技术优劣势分析
目前电解水制氢技术中,碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜电解水制氢(PEM)、固体氧化物电解水制氢(SOEC)、阴离子膜电解水制氢(AEM)这四种技术路线的技术特征、产业化程度各不相同,详情如下:
AEM主要结构由阴离子交换膜和两个过渡金属催化电极组成,一般采用纯水或低浓度碱性溶液用作电解质,并使用廉价非贵金属催化剂和碳氢膜。因此,AEM工艺具有成本低、启停快、耗能少的优点,集合了与可再生能源耦合时的易操作性,同时又达到与 PEM 相当的电流和效率。
虽然AEM可以同时兼具PEM和ALK的技术优势,但由于处于发展初级阶段,目前AEM的产品寿命、产氢规模等方面是否能够满足商业化运行,还存在疑问。
首先,由于AEM 在工作过程中,阴离子交换膜表面会形成的局部强碱性环境,使得 AEM在OH−的作用下发生降解带来的穿孔会引发电堆短路,影响使用寿命。
一家针对AEM运行情况做过实验的企业技术负责人告诉高工氢电,普通的阴离子交换膜太薄,在高温以及碱性条件下,非常容易破裂。国内可再生能源制氢项目对寿命要求比较高,而AEM产品寿命能否达到相关项目需求,还需要经过充分验证。
其次,AEM电解槽缺少大标方产品,也是制约其大规模商品化的难点。目前ALK电解槽单槽已经开始向1000Nm3/h以上迈进,PEM电解槽≥50Nm3/h的产品也已经处于示范期。但是AEM电解槽单槽产品还停留在0.5—5Nm3/h之间,很难满足我国西北、西南等地区大型可再生能源电解水制氢综合示范项目的采购标准。
不过,随着产业化进程的推进,未来AEM或许能够攻克相关技术难题。
“AEM电解槽与ALK电解槽最大的区别就在于使用的交换膜不同。阴离子交换膜的制备路线十分复杂,电化学性能较低、氢氧根电导率低、化学稳定性差是制约发展的主要瓶颈。” 一家制氢设备企业负责人告诉高工氢电,如果在阴离子交换膜技术上能够取得突破,AEM电解槽向单槽大标方迈进,也将是一片坦途。