水電解制氫技術推動中國氫能產業邁向新高度

  中國報告大廳網訊，近年來，隨著全球能源結構轉型的加速，氫能作為一種清潔高效的能源載體，正成為各國競相發展的重點領域。水電解制氫技術作為氫能產業鏈的核心環節，其技術進步與產業化發展對推動氫能經濟具有重要意義。中國在這一領域已取得顯著進展，成為全球電解槽的主要供應商，並在多個地區形成了產業集群。截至2024年9月，國內水電解制氫設備廠商名義總產能達到32吉瓦，占全球電解槽總產能的60%以上。這一成就不僅體現了中國在氫能技術領域的領先地位，也為全球氫能產業發展提供了重要支撐。

  一、鹼性水電解制氫技術（ALK）的突破與挑戰

  中國報告大廳發布的《2025-2030年中國水電解制氫行業發展趨勢及競爭策略研究報告》指出，鹼性水電解制氫技術（ALK）是目前應用最廣泛的水電解制氫技術之一。中國在ALK電解槽的研發與製造方面已取得顯著突破，產品能耗達到國際先進水平，單槽產氫量更是位居國際領先地位。ALK技術主要分為圓形帶壓和方形常壓兩大技術路線。圓形帶壓電解槽採用拉杆緊固結構設計，易於實現壓力密封，但對材料耐壓性能要求較高，設計和製造難度較大，且運輸和維修成本較高。相比之下，方形常壓電解槽借鑑了成熟的氯鹼電解槽設計理念，採用零間隙技術，密封性更好，內部流場分布更均勻，便於實現大型化。然而，方形常壓電解槽通常需要使用貴金屬電極、複合隔膜和純鎳極板，導致成本較高，且出口壓力較低，需額外配備增壓設備。儘管如此，方形常壓電解槽通過模塊化設計，兼具ALK電解槽壽命長、價格低和PEM電解槽啟動時間短、靈活性高、電耗低等優點，成為未來發展的一個重要方向。

  二、質子交換膜水電解制氫技術（PEM）的快速進步

  質子交換膜水電解制氫技術（PEM）因其響應速度快、效率高等特點，近年來市場需求逐步釋放，帶動了中國PEM技術與裝備水平的快速進步。截至2024年9月，中國PEM電解槽單槽產氫能力最大已達500Nm3/h，處於國際先進水平。膜電極、催化劑、質子交換膜等核心材料的技術研發與國產化替代進程也呈現加速趨勢。國產PEM電解槽膜電極已進入小批量出貨階段，核心材料的不斷突破，推動了國產裝備與材料應用規模的提升，技術成熟度與可靠性不斷提高，成本逐步降低。整體來看，國產PEM電解槽的性能指標與國外品牌基本相當，系統集成及BOP已實現國產化和規模化量產。然而，碳紙等膜電極核心材料的國產化產品在工藝穩定性和應用規模等方面仍有較大提升空間。

  三、固體氧化物水電解制氫技術（SOEC）的工程化與商業化進程

  固體氧化物水電解制氫技術（SOEC）因其可逆性強、效率高等特點，被視為未來水電解制氫技術的重要發展方向之一。目前，國內外從事SOEC的企業大多是從固體氧化物燃料電池（SOFC）轉型而來。主流SOEC技術可分為管式結構和平板式結構兩種，其中平板電池結構是SOEC電池的主流結構。中國在SOEC電解槽的研發與應用方面已取得顯著進展，單槽功率達到百千瓦級別。隨著國內SOEC電解槽在項目中應用規模的擴大，系統集成工藝和設計水平將逐步提升，SOEC電池與電堆供應鏈也將逐漸完善。預計到2025年，中國SOEC電解槽將從工程化向商業化邁進，並於2030年達到較高的商業化水平。

  四、陰離子交換膜水電解制氫技術（AEM）的未來潛力

  陰離子交換膜水電解制氫技術（AEM）因其響應速度快、電流密度高、製造成本低等特點，被視為電解水制氫技術未來的主要發展方向之一。2024年以來，中國AEM技術不斷突破，已呈現加速發展勢頭，多家企業相繼發布AEM產品。目前，國內企業已完成500千瓦裝備的開發，單槽直流能耗為3.6kWh/Nm3至4.3kWh/Nm3，功率波動範圍為5%至120%，冷啟動時間小於10分鐘。然而，AEM技術在陰離子交換膜的熱穩定性與化學穩定性、傳導能力、壽命以及單槽產氫量等方面仍面臨挑戰。解決這些問題將成為決定AEM技術商業化進程的關鍵。

  總結

  中國在水電解制氫技術領域已取得顯著進展，成為全球電解槽的主要供應商，並在多個地區形成了產業集群。鹼性水電解制氫技術（ALK）和質子交換膜水電解制氫技術（PEM）作為當前主流技術，分別在大規模製氫和快速響應方面展現出顯著優勢。固體氧化物水電解制氫技術（SOEC）和陰離子交換膜水電解制氫技術（AEM）作為未來發展方向，正在逐步從工程化向商業化邁進。未來，中國將形成「以ALK+PEM為主線，SOEC與AEM為補充」的發展模式，推動氫能產業邁向新高度。

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