电解槽作为氢能制备的核心设备，市场竞争日趋激烈。随着新玩家纷纷加紧布局，电解槽的价格也变得越来越透明，“内卷”似乎已经成为电解槽行业的代名词。
“目前整个行业都很卷，但盲目卷价格、卷利润对产业健康发展弊大于利。破“卷”之道，不是熬，而是创！如何确保技术的耐用性、稳定性以及低成本高效运行是首先考虑的问题。”高工氢电主编万萍萍在2024高工氢电绿氢产业大会表示。
在大规模绿电制绿氢的新形势下，卷价格是饮鸩止渴，卷技术才是长久之计！在2024高工氢电绿氢产业大会上，来自高工氢电产业研究所（GGII）、中国电科院、大陆制氢、中集集电、三一氢能、电堆科技、质子动力、明阳氢能、淳华氢能、氢羿能源、蓝拓氢能、力炻电极、隆深氢能、郑州立佳等多家研究机构专家、电解水制氢装备及供应链企业高层发表了重磅演讲，并进行了圆桌对话。从他们的观点碰撞中，可以一窥ALK、PEM、SOEC电解槽及核心部件的发展方向及未来市场趋势（本文列举企业名称及案例排名不分先后）。
碱性电解槽“由外到内”全方位升级
在所有技术路线中，碱性电解槽技术发展最为成熟。在大型绿氢项目需求的拉动下，得益于技术的日渐成熟和产业链配套的逐渐完备，碱性电解槽正逐渐向单体大标方发展。
目前，通过对于电极、隔膜材料的优化和电解槽结构的优化，提升电解槽的电流密度，从而达到提升产氢量的目的，是当前最具有吸引力和应用前景的一种解决方案。
大陆制氢总工程师许卫表示，他们和其他6家单位共同承担了2021年的国家重点研发计划氢能专项1.3，目前在研发3000标方的单槽，要做到在5000A/㎡电密下，直流电耗仅为4.3kWh/Nm³。
在当前绿氢项目中，三一氢能通过与客户反馈，以及自身做大型制氢设备工程中积累的经验，发现碱性电解槽目前还存在四个技术挑战：一是密封可靠性；二是宽运行工况范围下的气体纯度；三是运维便利性；四是电解槽本身的性能衰减。
三一氢能研究院院长王彰介绍说，基于对于客户、行业痛点需求的深刻理解，三一氢能在产品和技术研发过程中，聚焦大型制氢装备可靠性和耐久性的问题解决，从材料、结构、工艺制造等多个环节入手，通过单一变量的极限工况加速耐久实验，把实际运行工况当中发现的复杂耦合问题进行根本的拆解，找到产品中最关键的参数和要求，从根本上提升了电解槽的可靠性和耐久性。
面对现有碱性电解槽产品存在的一些固有局限，例如低电流密度、与波动性的可再生能源适配性差等。方形槽具有电流密度高、负载范围宽、安全性高、可模块化装配等优点，有助于破解当前大规模制取绿氢的难题。目前三一氢能、蓝拓氢能等均开发除了方形碱性电解槽。
蓝拓氢能总经理张浩表示，该公司方形电解槽采用模块化设计便于安装、经工程验证的模块化常压电解槽实测电耗4.14kWh/Nm³，制氢效率高达82%以上，分离器出口氢气纯度99.9%以上，工作压力0.2-0.3bar，所用复合隔膜泡点大于1.5bar，氧中氢含量低于0.3%，负荷范围可达5~120%，系统加/减负荷速率达到5.6%/s。在安全性、不稳定电源负荷宽适应性、运维便捷性、制氢高效性等方面具备显著优势。
此外，面对着绿电波动性过大造成的电氢耦合难题，碱性电解槽的核心零部件企业也在积极探索破解方案。这次会上，中集集电、力炻电极、郑州立佳介绍了其最新研发成果。
由于绿电波动性过大，碱性电解槽必须要解决低负荷运行下“氧中氢”的治理。中集集电发现影响氧中氢含量主要有负荷、压力、电解液循环量、氢氧压差四个外部操作参数，主要是寄生电解、溶解混合、压扯渗漏、隔膜穿透四种内在影响来源。
中集海洋工程助理总裁、中集集电副总经理陈有孝介绍说，中集集电发现寄生电解最容易出现影响的是在管路电解槽的气管部分发生的电解，通过充分清洗清洁，保持最低程度；压扯渗漏主要通过极框结构优化，减少隔膜边缘变形，并通过复合电极技术，减少隔膜接触点挤压；溶解混合，通过SS-WAC后处理工艺，减少氢氧混合；通过隔膜材料改善、减少隔膜用量等方式解决隔膜穿透的问题等。
目前中集集电积累出三套稳定成熟高效的膜电极体系，传统的一代雷尼镍电极+PPS隔膜、二代雷尼镍电极+复合电极、纯镍海螺电极+复合电极，能够有效地提升电流密度，同时可以降低负载的情况，电解槽实槽测试显示可以在隔膜穿透上得到非常有效的治理，同时电密也能得到增加。
除此之外，绿电波动性工况对碱性制氢电极材料也会进行腐蚀。根据测试数据来看，特别是在光伏工况下，频繁启停产生的逆反电流对电极的挑战更大。镍作为阴极和作为阳极时会发生不同的价态和相的变化，所以在波动负载和逆反电流工况下，镍随着电位的来回变化中极易发生腐蚀和脱落。
力炻电极技术总监赵奇特表示，目前可以通过在镍基材上涂覆贵金属涂层的方式来解决波动性、逆反的工况带来的腐蚀问题。因为铂族金属本身有比较高的交换电流密度，不需要追求比较大的比表面积，通过制备贵金属氧化物涂层，力炻电极PET产品涂层更为致密、具有更好的结合力、涂层粗糙度小，有利于提升安全性，通过阶梯活性设计涂层，有利于提升电极的使用寿命，氧化物涂层能有效抑制铁沉积。
随着碱性槽朝着大标方方向发展，一些头部企业已经发布了3000Nm³/h电解槽，镍网电极的尺寸也在朝着更大的方向迈进，未来直径3000mm的镍网电极会越来越多的出现，镍网催化电极喷涂生产线的尺寸也要增加到可容纳3米以上。
随着碱性槽的订单和装机量的加速提升，镍网催化电极的生产量也要随之增长，目前传统的手动搬运喷涂工序流转的模式会渐渐跟不上产能的提升，将逐步被淘汰，而自动化智能化的喷涂产线将成为主流。
郑州立佳副总经理王凯表示，该公司掌握了热喷涂材料加工的核心工艺，通过生产工艺、涂层控制、安全联锁、自动化控制、工序流转、车间管理各种系统赋能叠加，使生产线做到了智能化，目前该公司拥有国内最多最成熟的制氢电极喷涂自动化生产线客户案例。
PEM电解槽“提质降本”商用化可期
在本次大会上，高工氢电产业研究所(GGII)所长刘鹏利表示，当前，大标方的PEM电解槽开始落地应用，“碱性+PEM”组合备受业内看好，在绿氢项目中的装机占比增长至8%，其在兼顾成本的同时，也能实现宽功率波动的适配。
虽然“碱性+PEM”组合备受业内看好，但是多类型多机制氢设备状态差异大、多状态过程切换安全风险高，同时随运行过程性能点还存在迁移问题，基于机组健康状态的混联制氢系统协调控制难。
据中国电科院氢能技术研究室主任助理侯坤介绍，中国电科院自2014年起就开展了质子交换膜（PEM）电解制氢等关键技术攻关，突破了系统集成、运行控制、多堆协同等技术，目前建成了材料部件研发及表征、电堆/电解堆研发及测试、系统动稳态测试三大试验平台，具备了氢能材料-部件-装置全链条研发及测试能力。
在离网制氢条件下，PEM电解槽以其产率高，纯度高，经济效益好等优势受到广泛关注。但是现阶段PEM制氢有两大痛点：造价高、单槽规模小。大功率PEM电解槽的开发上，需要解决大面积膜电极、百片层级堆叠、密封、极板的流道均一性、设计标准（目前还没有统一标准）等方面问题。
氢羿能源创始人、董事长米万良博士介绍说，氢羿能源针对PEM电解水制氢的痛点，相继攻克了大尺度密封问题，解决了电解槽内漏、外漏；在维持活性和稳定性不变的情况下，降低贵金属用量；完成大面积均一化耐久膜电极开发等，为大幅度降低电解槽成本、提升寿命奠定了基础。
淳华氢能首席科学家李威宏教授表示，该公司是国内最早专注于PEM水电解制氢高端设备研发、制造、与应用的国家级高新技术企业之一。自主掌握PEM水电解制氢核心材料/部件和系统的核心关键技术，包括：系列化的高效膜电极制备和生产技术；低成本的耐腐蚀性集电器制备和生产技术、低成本双极板设计技术和加工工艺；高效高压密封结构设计技术和生产工艺；系列化PEM电解电堆设计和集成测试技术；PEM水电解制氢系统设计和系统集成技术等，从而实现了大规模、商业化、低成本的生产体系，产品覆盖0.01标方到300标方多种类型。
明阳智慧能源集团氢能研发中心主任张泰基博士讲道，明阳PEM制氢技术基于超紧凑型电解堆结构原创性设计、两低一高型双极板的仿真优化设计、核心膜电极组件设计、电解堆精密组装工艺，已经实现三代迭代，并与博世联合开发了国内首款“分体式波动电源制氢测试平台”。同时，明阳去年做了全功能集成式200标方集装箱式PEM柔性制氢站，现已具备批量化生产能力。
膜电极作为PEM电解槽核心零部件，它决定了电解槽的性能和价格。PEM膜电极之所以成本高，也是因为其制造工序中存在诸多工艺难点。据悉，PEM电解槽MEA在制备过程中，需要完成浆料制备、CCM制备、五合一制备、伺服热压伺服冷压、六/七合一制备和气密检测等关键步骤，在CCM制备环节，根据涂布方式的不同，有“喷涂+热压整平”、“狭缝涂布+平板转印”和“狭缝涂布+热辊转印”等不同的工艺路线可供选择。
据隆深氢能副总经理唐先广介绍，目前隆深的片材狭缝挤压涂布可以兼做AEM涂布，AEM电解槽生产线可完成实验室膜电极CCM制备，实现从裁切、涂布、平板转印、五合一、伺服热压到气密检测的全线生产。
SOEC提升经济性走上产业化
电解水电费占绿氢成本的70-85%，因此降低电耗是降低绿氢成本的主要途径。SOEC电解效率可提高20~30%，节电20~30%，更容易获得低成本的绿氢，并且主要材料是稀土氧化物，成本下降空间大，前景广阔。
据质子动力董事、总经理吕大伟介绍，目前国外SOEC已经开始产业化，商业化后SOEC降低LCOH优势明显，他预计2030年SOEC国内市场预计235亿元，场景包括通用场景（用氢或绿电消纳场景）和专用场景（热电耦合制氢及与CO₂共电解）。
质子动力基于在SOEC方面的研究今年正式已启动了SOEC电解二氧化碳技术，该技术兼具新能源消纳、储能和CO₂资源化利用三项功能。质子动力作为国内第一家布局SOEC产业链的公司，并在国内率先具备了SOEC初步产业化的基础和能力，现在在国内已经打造多个代表性项目。
全球首款SOEC-CH₄制氢电堆
值得一提的是，电堆科技聚焦于研发固体氧化物制氢电堆产品，立志开发国产全自主知识产权的世界一流制氢电堆，并推动其产业化。
据电堆科技创始人/首席科学家占忠亮介绍，今年6月，该公司发布了全球首款SOEC-CH₄电解水耦合天然气制氢电堆，基于SOEC固体氧化物电解池技术，将生物天然气作为辅助气体接入电堆配合制氢，增加反应活性的同时，极大地降低反应电耗，在600℃的反应温度下产出高纯度H₂和易捕集的高纯度CO₂。
据悉，这种制氢技术凭借制氢成本低（产出1标方H₂，消耗0.25标方CH₄和1度电）、小型化分布式即产即用、绿色环保的特点，为分布式、小规模的氢能应用场景提供了一个产业重构的可能性。
整体来看，随着需求规模的增长和行业竞争的加剧，相关企业的应对之策就是通过持续创新推动产品降本增效、更加适应市场需求。逐绿未来产业新赛道，产品真正通过了市场考验才更具有说服力。
