制氢隔膜迭代技术

2024年以来，可再生能源法电解制绿氢之路愈发艰巨，针对制氢行业困境，沧州工苑和天津津纶等研发团队拜访和接待隔膜原料端企业、电解槽企业、电解槽用户等近百家，经过广泛讨论和深入对接，结合各家技术需求和现有隔膜存在的短板，并基于团队研发基础和分离膜与膜过程国家重点实验室平台，对当前电解制氢隔膜进行了升级迭代。同时，沧州市天津工业大学研究院和沧州工苑（含天津津纶）等根据省、市、县、高新区、协会等各级领导莅临指导意见，聚焦能源和防护等用关键材料的研发和创新，以驱动电解制氢技术突破，推动绿氢装置的高效和安全运行，推动再生能源法低成本制氢技术进步。

2024年以来，氢能发展除了受国内外的经济形式影响外，还受氢的储、运和用等技术不成熟的影响，然而，就单纯制氢环节来说，可再生能源的安全和高效的低成本制氢技术也亟需升级。其中，隔膜技术和电极技术等的缺陷是电解制氢行业的痛点，且可再生能源制氢技术依然存在诸多挑战，部分核心问题如下：

第一，电氢转化的成本问题：当前能量转化效率极低，输入的电能和产出的氢量极其不匹配。究其原因（1）中国国家标准假设电流效率为 100%，存在根本缺陷，大型电解槽的实际电流效率在满负荷时为 83-91%（目前标准不能准确评估生产每公斤氢气需要多少电力）；（2）电解制氢效果不能只考虑电压效率，还需要考虑电流效率。在满负荷运行时，生产每公斤氢气所需的功率将比标称功率高出 10-20%，部分负荷下的电流效率比满负荷下的电流效率更差；（3） 能耗高估是分流电流损耗造成的，损失在电解质中，分流电流的“发散”电流将通过电解质在电池之间流动，这种电流与H2的生产无关，并且会导致功率损耗。要消除分流电阻，一方面要提高隔膜的离子传导性，另一方面要消除隔膜的电子传导性，使隔膜绝缘，抑制分流损耗（ PEM 电解槽的效率应该接近现实—质子交换膜 ）。碱水制氢中效率损失主要是气液道造成的，其中隔膜导电造成的分流电阻也有重要的影响。

第二，电氢转化的安全问题：隔膜是电解制氢中安全运行的关键因素之一，目前隔膜形式多样，如酸性环境下的PEM制氢中，PEM隔膜具有较好的安全性，以及碱性环境中的阴离子隔膜法制氢（AEM电解制氢）也具有良好的安全性；聚苯硫醚纤维隔膜的碱水制氢在安全性上经受住了历史考验，且具有30多年的服役历史；AGFA复合隔膜制氢在国外也具有多年的应用经历，也应该具有较好的安全性。因此，理论上讲，市场上现存的各类隔膜，如果隔膜质量达标，且隔膜在合适的电解质中、合适的温度范围内、合适的压力区间和合适的服役时间内，四类隔膜应均具有平稳运行的条件。然而，现实的电解制氢过程中却问题频发，一方面隔膜质量千差万别，隔膜质量有待升级迭代；另一方面用户没有根据各类隔膜的优缺点进行客观和合理应用。例如，与聚苯硫醚纤维隔膜相比，阴离子隔膜和AGFA复合隔膜的耐温性差、耐碱性差、力学性能差和服役寿命短，但其优点是其装载的电解装置启动快，能量转化效率高，更适合浮动电压下的电氢转化。聚苯硫醚纤维隔膜的气密性低或泡点压力小，且存在膜电阻高和膜电流密度低等缺陷，但聚苯硫醚纤维隔膜具有耐碱性好、耐温高、力学性能好、服役寿命长等优点。其次，电极不稳定，电解中电极中金属纳微颗粒的脱落造成隔膜污染，影响电解效率，也是目前电解装置服役安全性的重要安全隐患。

来源： 津纶新材料