绿氢标准要求不同，国内外电解槽技术需求存差异。
01
国内外电解槽产品技术指标及性能仍存差异
当前需求驱动技术发力点及要求不同。
2023年，中国与海外的制氢项目在场景需求、标准要求等方面存在一些差异，相应地中国与海外的制氢电解槽在某些技术参数有所不同。欧盟、美国等地更看重电解制氢的“绿色属性”，对制氢项目提出了“小时匹配”、“离网”等严格的标准，相应地对电解槽的响应速度、负荷调节范围、长期稳定性等要求更高。中国与绿氢定义相关的强制性标准等尚未出台，大型绿氢项目仍以并网、半离网等为主，现阶段市场对电解槽主要更看重制氢能耗等经济性、示范性的指标。
碱性电解槽方面，中国与海外在规模化制氢方面的设计路线不同。
2023年海外以低压、模块化路线为主。负荷调节范围更宽，可实现10%-100%的宽负荷；采用一定量的贵金属催化剂，在保障低能耗的同时将电流密度提高至4000A/m2（1.8V小室电压下）以上；单槽制氢量较低，多在1000 Nm3/h以下，如2023年海外龙头厂家NEL舍弃了其他型号，仅保留了500 Nm3/h单槽模块产品。
2023年中国以中压、大标方路线为主。
负荷调节范围相较海外低压设计较窄，多在25%-110%区间；尚以简单的金属镍催化剂为主，电流密度多在3500A/m2（1.8V小室电压下）以下；单槽向大标方迈进，2023年国内碱槽最大单槽制氢量突破至3000 Nm3/h，同时部分项目开始规划采用2000 Nm3/h电解槽。
PEM电解槽方面，中国与海外则在应用场景与发展阶段上有所不同。
2023年海外PEM电解槽已开始面向规模化制氢项目。
装备技术更加成熟，市场销售的产品以MW级为主，负荷范围一般最低可至5%，贵金属用量可低至0.3mg/cm2；“千方级”阵列化设计成熟，如德国西门子的24台模块并联、17.5MW制氢系统。
2023年中国PEM电解槽面向分布式或示范性小规模制氢项目。市场销售的产品多在MW级以下，负荷范围最低一般在10%左右，贵金属用量较高在1 mg/cm2左右；产品设计以单槽为主，尚未出现10MW级阵列产品。
02
2023年中国碱性电解槽技术迭代、性能持续提升
2023年中国碱性电解槽进入技术迭代阶段
零部件性能进展方面，2023年部分国产化的新型合金催化剂、复合隔膜开始在国内电解槽厂家试用。结合部分厂家披露的研发进展来看，国产催化剂或隔膜等或可实现批量供应，在1至2年内，并在性能上迭代更新至国际前沿水平；国内主流的中压柱形碱性电解槽结构进展方面，单槽制氢量继续增大，2023年中国有约10款2000Nm3/h单槽制氢量的制氢电解槽推出，同时首次推出了1款3000Nm3/h的电解槽；低压方形碱性电解槽路线进展方面，2023年中国推出了至少3款低压方形碱性电解槽，其中单槽制氢量最高的达到3000Nm3/h。
国内碱性电解槽的性能指标不断突破。
一是额定制氢电耗降低，电流密度升高。制氢电耗、电流密度主要与制氢催化剂活性、隔膜电阻等因素有关。2023年中国各主流电解槽厂家逐渐采用高活性制氢电极材料替代传统镍电极材料，同时复合隔膜、新型合金催化剂等新型核心零部件供应链正逐渐成熟，提高了行业平均性能水平。2023年，中国碱性电解槽主要厂家产品的额定制氢电耗平均约在4.3kWh/Nm3氢，电流密度约3200A/m2@1.8V。结合技术发展，预测到2025年，中国碱性电解槽制氢电耗有望下降至平均约4.1 kWh/Nm3氢气，同时电流密度升高至4000A/m2@1.8V。
二是负荷调节范围更宽。电解槽功率负载功率范围主要受隔膜零部件、电解槽结构、工程系统设计等方面影响。2023年，中国碱性电解槽主要厂家产品的负荷调节范围为25%-110%。受益于国内电解槽产品设计迭代升级与制氢项目工程应用经验积累，到2025年中国碱性电解槽负荷调节范围有望达到15%~110%。
图 22 2021年-2025年中国碱性电解槽制氢电耗及电流密度发展趋势
03
中国PEM电解槽技术水平逐步提升
2023年中国PEM电解槽的零部件供应链逐渐形成。包括极板、质子交换膜、催化剂等PEM电解槽的核心零部件供应逐渐实现规模化。一方面，2023年中国国产质子交换膜、催化剂技术等逐渐实现量产；另一方面，2023年中国燃料电池零部件企业开始涉足PEM电解槽领域，开始探索燃料电池极板、膜电极等向PEM电解槽的转化应用。
制氢电耗逐步降低，电流密度逐渐升高。2023年中国新公开的PEM电解槽产品在制氢电耗，电流密度等方面均有所提升。这主要得益于电解槽设计经验的积累以及催化剂的逐步优化等。到2025年，随着中国电解槽先进零部件供应链的逐渐形成、电解槽设计及项目应用经验积累，PEM电解槽制氢电耗有望继续下降至约4.0 kWh/标方，同时电流密度升高至25000A/m2@1.8V。
贵金属用量逐渐降低。2023年，中国PEM电解槽贵金属用量仍然较高，阳极部分贵金属铱的负载量约1mg/cm2。同时2023年实验室内低铱催化剂技术，如核壳结构、原位制备等新型合成理念逐渐实现产业转化。到2025年，根据对技术转化进展的预判、各厂家披露的新型催化剂量产规划等因素，中国贵金属铱的用量或可降至约0.3mg/cm2。
内容节选自《2024年氢能产业发展年报》，完整报告将于“2024氢基能源绿色发展论坛”发布，敬请关注。
来源：能景研究作者：云龙
