稳石氢能-AEM电解槽关键技术和系统设计.pdf

1、AEM电解槽关键技术与系统设计深圳稳石氢能科技有限公司2024.07 一、一、AEMAEM电解电解槽槽基本概念基本概念 二、二、AEMAEM电解槽的关键技术电解槽的关键技术 三、三、影响电解槽电流密度的因素影响电解槽电流密度的因素 四、四、提升电解水系统寿命的方法提升电解水系统寿命的方法 五、五、如何降低大型如何降低大型AEMAEM电解水系统的成本电解水系统的成本 六、六、现有单机产品和系统集成产品分享现有单机产品和系统集成产品分享1.水由阳极穿过阴离子交换膜(AEM:Anion ExchangeMembrane)渗透到阴极。2.水在阴极发生析氢反应(HER:Hydrogen Evolutio

2、nReaction)生 成 氢 气，氢 气 由 气 体 扩 散 层(GDL:GasDiffusion Layer)释放。HER：4H2O+4e-4OH-+2H23.HER生成的氢氧根（OH-）穿过AEM回到阳极。4.OH-在阳极发生析氧反应（OER:Oxygen EvolutionReaction）生成氧气，氧气透过气体扩散层进入电解质循环中释放。OER:4OH-2H2O+O2+4e-正极正极取电板负极取电板AEM电解水制氢的优势：由于AEM膜具有优异的机械性能和良好的传导离子性能，电解槽可快速启动和快速停机。阴极析氢侧单侧施加1.63MPa的压力，不需考虑氢中氧的除氧问题。动态响应时间短，可

3、灵活适配风能、太阳能等可再生能源，快速响应快速波动电能变化。低成本的催化剂和双极板，使得电解水系统造价降低。低腐蚀性的碱性环境，AEM膜的寿命更长。较低的水质要求，降低了运营费用。有望成为最有竞争力且应用最为广泛的工艺，具有广阔的市场前景。劣势：目前AEM膜价格昂贵，需大批量生产后降低成本至3000元/m2以下。无支撑网AEM膜溶胀较大，制作MEA困难，装配困难。需减少溶胀，例如增加PTFE支撑层。AEM原材料和成膜工艺催化剂膜电极MEA电解槽流道设计电解槽组件构成电解水系统搭建信号检测控制策略安全保护AEM原材料和成膜工艺05参数名称单位技术参数AEM膜的特点厚度m80 选择性地透过阴离子，

4、阻隔阳离子、电子及气体；离子传导率高，耐碱稳定性高；机械强度高:拉伸强度67MPa，拉伸长度117%；80m厚的聚芳环哌啶（PAP）高强度自支撑AEM膜电导率优异，可直接生产高纯度高压氢气；具有极低的氢气渗透率，可承受3MPa的压力差，安全可靠。基重g/m290.4拉伸强度MPa50杨氏拉伸模量L/L50拉伸长度%100密度g/cm31.13IEC(离子交换容量)meq/g2.35电导率mS/cm150(80,1M KOH)湿膜溶胀率%8(80,1M KOH)湿膜吸水率%50(80,1M KOH)单模工作电压范围V1.62.0电流密度A/cm21.9(80,1.8V,1M KOH)氢气渗透率m

5、ol110-13mol/(kPascm)HER催化剂OER催化剂微波水热原理高效单原子Pt/MXene催化剂在Mxene（过渡金属碳氮化物）纳米层片上嵌入单质Pt原子，作为析氢反应（HER）催化剂。HER：高效NiCoFe-LDH/NF催化剂在泡沫镍（NF）集流体上原位生成具有水滑石层状双金属氢氧化物（LDH）结构的Co掺杂NiFeOOH作为析氧反应（OER）催化剂。掺杂Ce、Ru、Mo金属元素以及CNT、石墨烯等化学原料，有利于提升催化剂的性能。OER：微波水热电沉积工艺，原位生长催化剂采用镍钴铁-LDH与石墨烯复合技术开发出有序化、高导电、多活性点位的低成本OER催化剂二、AEM电解槽的关

6、键技术催化剂反应釜水热反应工艺，制备LDH催化剂膜电极MEA膜电极制备工艺主要有CCM膜电极、GDE膜电极（CCS法）、有序化膜电极1.制备催化剂浆料（或称墨水）对催化剂材料进行球磨，避免催化剂材料的团聚。在一定体积的溶液中加入粘结剂、导电助剂、AEM溶液，搅拌均匀，俗称制浆。按照一定的固含量比例把球磨后的催化剂加入到上述溶液中，使用真空搅拌机，篮式研磨机或匀浆脱泡机匀浆。催化剂球磨预处理催化剂匀浆脱泡浆料超声喷涂膜电极测试膜电极MEA膜电极制备工艺主要有CCM膜电极、GDE膜电极（CCS法）、有序化膜电极2.CCM膜电极（Catalyst Coated Membrane）制备超声波喷涂或热转