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莒纳科技:突破PEM膜电极降本难题,多技术路线并行发展

时间:2023-06-06

近年来,我国氢电解槽产能和装机量增长迅速,绿氢项目数量呈“爆发式”增长。其中,上游制氢环节成为资本和市场关注的热点。按照制氢技术路线分类,电解水制氢技术可分为以下四种:碱液电解技术(ALK)、质子交换膜电解技术(PEM)、高温固体氧化物电解技术(SOEC)固体聚合物阴离子交换膜电解技术(AEM)。目前,碱液电解仍为当前的市场主流,PEM电解提升空间较大,已逐步实现商业化;SOEC电解已处于小规模示范阶段;相比之下,AEM电解仍然处于研发和测试阶段。

 

电解槽的核心组件包含隔膜、电极、极板等。其中,电极是电化学反应发生的场所,也是决定电解槽制氢效率的关键。

 

莒纳科技PEM膜电极(CCM)

 

莒纳科技作为专业的绿氢电极供应商,继年初发布可达万A电密的JA系列碱液电极后,持续推动公司技术创新产业化进程——其PEM膜电极已由第三方权威机构完成样品测试。基于催化剂材料微观结构改进和工艺创新,大幅降低催化层贵金属载量,并突破了浆料分散和涂布转印工艺,有望解决PEM膜电极成本高、工艺难两大难题。

 

莒纳科技PEM膜电极三大创新:

1、阴极低铂,阳极低铱,成本下降约30%

 

催化剂纳米结构及成分优化提升活性、降低载量。莒纳科技阴极催化剂采用自主合成的Pt-过渡金属合金纳米材料,阳极催化剂采用自研核壳结构材料,从而增强活性位点协同作用,提高催化剂有效反应活性面积,同时促进电荷传输增强导电性,大幅降低铂、铱负载量。

 

通过微观结构的优化,莒纳科技催化剂在保证膜电极性能达到<1.9V@2A@60°C的前提下:

 

➤ 阴极Pt载量小于0.2mg/cm²;

➤ 阳极IrO₂载量小于1mg/cm²;

➤ 膜电极总成本下降约30%。

 

PEM膜电极同业对比

 

2、浆料48小时稳定性+连续涂布工艺保障产品一致性

 

膜电极在制备过程中,需要完成催化剂合成、浆料制备、CCM 制备、封装等关键工艺,莒纳科技在催化剂-浆料-涂布转印三个层面,体系性地通过工艺创新保障了膜电极的一致性:

 

➤ 通过组份、温度等参数精准调控的化学合成工艺,确保阴、阳催化剂材料尺寸均一性和性能稳定性;

➤ 通过联合分散工艺(搅拌、超声、剪切、破碎和乳化等),使浆料的分散均匀,且稳定时间超过48h,确保后续连续涂布均匀性;

➤ 使用大幅宽狭缝涂布机+热转印工艺,避免PEM膜溶胀等问题,确保涂层均一性和生产效率,保障了大面积(活性面积大于3000cm²)涂布的良率。

 

目前,莒纳科技的PEM膜电极已经由第三方权威机构完成样品测试。根据电解槽厂商的测试数据,莒纳科技膜电极在载量降低的同时能够维持和先进PEM电解水膜电极相同水平的性能,满足工程应用的要求

 

莒纳科技PEM膜电极(CCM)测试数据

 

小结

 

随着示范规模的扩大,电解制氢应用场景和实际需求情况,头部电解槽厂商普遍开始双技术路线乃至三路线布局,以实现兼顾当下的市场需求与未来的市场发展趋势。以莒纳科技为代表的供应商已经进行了积极的布局:

基于对技术发展的长期跟踪和对市场发展趋势的预判,在技术方面,莒纳科技已经完成了三技术路线布局,能够满足客户对不同场景、不同应用的要求,站在技术发展潮流前沿。

 

  1. 在ALK方面,今年1月发布了电密可达万A的JA系列电极产品,并将于今年发布其二代产品,满足碱液电解槽高电密发展趋势;此外,首批装载JA碱液电极的电解槽也将于2023年第四季度实现商业化运行。

  2. 在PEM方面,其低成本、高性能的膜电极产品将于2023年底正式投产,有利于推动PEM电解槽规模化应用;

  3. 在AEM方面,目前产品已经完成小试,预计明年推出膜电极产品,推动AEM电解槽产业化发展。

 

随着绿氢项目的迅速增长,技术创新是避免同质化竞争的破题关键。莒纳科技正是国内电解槽技术创新的一个缩影——通过多技术路线的产品研发,与槽商一同探索新的行业发展路径,实现电解槽降本增效与产业化进程。