PEM电解水制氢高成本一直是其商业化应用的一大障碍。如何给PEM电解水制氢降本，是这一技术商业化应用的关键。近来，PEM电解水制氢设备及供应链在降本上频频探索、频传捷报，一个PEM制氢的时代似乎踏马而来。
PEM电解水制氢降本的关键在PEM电解槽，电解槽降本的核心在双极板和膜电极。双极板企业在降本压力下已普遍采用PVD工艺将铂层厚度低至100nm甚至50nm，同时在积极探索规模化下单板价格更低的冲压工艺技术；膜电极方面，则陆续有企业推出让PEM电解槽 “断崖式”降本的新一代高电密、薄PEM膜电极。另有，还有电解槽企业通过提升电流密度、提升国产化率、优化内部结构等方式来降本。
PEM电解水制氢似乎进入“集体”谋降本时代。在这股浪潮下，业界预计明年行业PEM电解槽的成本将降低到一个新的水平。
PEM电解槽材料降本“进行时”
PEM电解水制氢因为能够适应可再生能源的波动性、响应速度快、产氢纯度高等优势显现出巨大发展潜力，但是，因为初始设备投资成本高（大约是碱水制氢的3-5倍），让它在应用上一直未能打开局面。降本，是这一技术路线推广的关键。
PEM电解水制氢降本主要集中在PEM电解槽。PEM电解槽由双极板、膜电极、短板附件、极框、垫片等组成，以1MWPEM电解槽成本构成为例来看（下图），双极板组件、膜电极又是PEM电解槽降本的核心。近期，市场消息显示，国内双极板组件、膜电极供应商已经集体掀起降本的浪潮，助力PEM制氢的规模化应用。下面以这两个维度为例，展开具体介绍。
双极板组件方面。双极板组包括双极板和扩散层，两者因为含有较高的铂载量，成为PEM电解槽降本的重头戏。这部分以双极板为代表展开介绍。PEM电解槽双极板一般采用耐腐性更好的钛材，并涂上含铂的涂层。双极板的降本通常是降低双极板涂层的铂载量或寻找非铂涂层。目前，市场多家双极板企业在通过降低涂层的铂载量进行降本，即在保障性能不减弱的情况下，通过减少高价值材料的使用来降本。
比如其中一家开发出低载量铂金属复合涂层，通过采用PVD工艺将铂层厚度低至100nm甚至50nm，这就比电镀铂涂层（500nm）成本可降低一半。
“电镀500 nm铂涂层每平米需要10000元，而且电镀工艺将涂层做不薄，如果在500nm以下，镀膜涂层会不稳定。如果改成PVD镀100nm，每平米就能减到6000元，而且镀层与基材的结合力也不错。“这家企业一位相关负责人告诉高工氢能，并且据透露，目前100nm以上的涂层已经越来越少了。
除此外，从极板生产工艺看，由于蚀刻速度慢、成本高，不利于规模化降本，国内多家双极板供应商已在探索推进冲压工艺规模化量产技术，包括上海治臻、西部材料、博远新能源等。
另外，基于铂涂层在双极板的成本占比最大，(铂目前价格是235元/g，一个250标方电解槽涂层（100nm）价格就要在40万左右)，越来越多的企业着手研发非贵金属涂层作为替代材料。这种路线是否走得通目前还没有论证，但如果哪一天真有能够替代贵金属涂层的材料诞生，那么PEM双极板乃至整个PEM电解槽的价格，将发生革命性变化。
膜电极方面。膜电极在PEM电解槽中的成本占比在40%左右，仅次于双极板组件。膜电极降本的方向是薄质子膜、低贵金属载量。今年以来，国内多家PEM膜电极企业推出符合这种特点的新一代膜电极产品，助力PEM电解槽降本。
比如枡水科技推出颠覆性新一代PEM膜电极，该产品采用50微米薄膜膜电极，并配以第四代氧中氢控制技术，让新一代膜电极做到了低成本兼具高性能和稳定性。产品实际测试表现是：电流密度：4A/cm²@1.8V（60度，铱载量1mg/cm²，铂载量0.4mg/cm²）；氧中氢：≤0.3%@0.2A/cm² 3MP背压；电流效率：＞97%；另外新品的耐久性也在过去的基础上提升了10%，实现有条件1%-150%负载运行。堆叠这款新一代膜电极的测试型PEM电解槽SSTS-4001的成本仅为117.7万/兆瓦。
莒纳科技围绕PEM膜电极降本，推出其量产型PEM制氢膜电极JP系列产品，阴极Pt载量低至0.35mg/cm²，阳极Ir载量低至0.86mg/cm²，降本约20%。另外，针对膜电极中多采用进口质子交换膜、价格高的情形，莒纳科技针对PEM电解水用质子交换膜进行系列测试，根据测试结果，已经有一些国产膜在测试中呈现不错的性能效果，莒纳科技正在加强和这些膜厂家的合作测试和性能改进工作，助力国产质子交换膜国产化替代、PEM电解槽降本。
另外，鸿基创能在去年发布了一款高效全尺寸PEM膜电极，不仅实现了高效能，且已经较市售的膜电极产品贵金属载量从2.5mgPGM/cm²降至1.3mgPGM/cm²，但这依然不是其追求的终点。据鸿基创能PEM电解水项目负责人董准博士透露，今年新一代PEM电解水制氢膜电极已开发设计完成，贵金属载量进一步下降40%，整个膜电极成本下降30%，正在加速验证当中。
明年PEM制氢或迎来价格新水平
除了上述核心材料企业在推动降本，电解槽企业本身也在积极寻找降本空间，包括比如提升电流密度，减少核心材料用量；对各种低载量方案进行测试；提升国产化率；优化内部结构；集成化降本等。
国内最早设计电解槽时，电流密度只能达到1.3 A/cm²，现在PEM电解槽企业的电流密度基本都可达到2-3A/cm²，意味电解槽的成本已经降到一半了。因为同等电压下电流密度提升对应核心材料用量减少，如果电流密度提升一倍，核心材料用量可能减少50%，核心材料成本等于降低一半。
另外，电解槽企业也在通过掺杂非贵金属或者降低贵金属载量等方式降本，比如淳华氢能自主研发了硼化物陶瓷负载氧化铱，有效降低了贵金属的载量，优于学术界的数据；另外其研发的沟槽型膜电极显著强化了气液电传递效率，使得电解反应更加高效；以及独特的Janus气体扩散层有效促进了气泡的快速排离，进一步提高了反应效率和稳定性。淳华氢能在贵金属载量和电流密度这两项关键性能指标上实现创新。
除了上述基于材料的提升来降本外，还有的电解槽在设计结构上进行突破，比如兴燃科技，通过改进机械加工技术，实现更加精确的电极加工与组装。该公司电解槽采用零间距结构，提高组装效率，并保持强密封性，欧姆电阻较低，整体效率从75%提升到86%，极大得降低了电解槽的能耗，进一步降低制氢膜电极的成本。
大型化和集成化也在成部分企业降本的有效路径。10月19日，鹭岛氢发布自主开发的低铱高电流密度单堆500标方PEM电解槽。该产品在额定功率下直流电耗4.4kWh/Nm³，电流密度达3A/cm²，铱载量仅0.4mg/cm²，负荷调节范围5%-130%，适应各种情况下可再生能源波动制氢，此外，新产品采用全新工艺，综合成本较同系列200标方PEM电解槽降幅达30%，各个部件的国产化率超过90%。另外，国产首台兆瓦级PEM电解水制氢设备1000Nm³/hPEM电解槽也已问市，其以集装箱为制氢单元，封装4个单槽进行模块化生产，每个集装箱产氢量为1000Nm³/h。
可以说，整个PEM制氢供应链都在为降本思虑筹划！
基于企业的种种表现和市场竞争的因素，一位PEM电解槽供应链企业表示，“PEM电解水降本远超预期，明年上半年行业内将会陆续看到更多大电流PEM电解水零部件和系统产品，这将会将PEM槽的成本降低到一个新的水平。”
