国内PEM制氢设备企业开始往更大标方的方向上 “发力“。
近日，阳光氢能科技有限公司(下称“阳光氢能“)200标方PEM制氢系统启运发货，长春绿动氢能科技有限公司(下称”长春绿动“)“兆瓦级高性能质子交换膜电解制氢装备”项目顺利通过鉴定，国产PEM水电解制氢设备大有向200标方以上迈进的意味。
据了解，PEM电解水制氢设备制氢能力提升主要取决于电解槽，PEM制氢系统向200标方突破背后，PEM电解槽技术的提升才是难点所在，现阶段国内已经成熟应用的PEM电解槽大多在100标方以下，如何突破更大标方、更高功率密度仍是考验。
“PEM电解槽从50标方跨越到200标方，技术难度是几何级增加的。”NEL中国总经理竺炯操告诉高工氢电，PEM电解槽往更大标方的方向发展，在提升制氢能力的同时，意味着材料和制备工艺必须升级。
大标方PEM制氢设备发展现状
从国内主要PEM电解水制氢设备企业近期的表现来看，已经落地的多个项目都在往更大标方的方向发展。
以阳光氢能为例，其近期启运发货的200标方PEM制氢系统，采用国内领先的PEM电解水制氢技术和IGBT制氢电源，利用电厂屋顶光伏为氢能系统提供电力，通过氢站内加氢设备给燃料电池重卡加氢，以达到氢能制、储、加一体化的示范性效果，是国内为数不多制氢系统在氢站制氢的商业化示范项目。
阳光氢能方面表示，该套制氢系统除PEM制氢优势外，还具有智能化程度高的特点，采用智能控制算法与可再生能源波动、间歇性特点相契合兼具高效、经济、安全、智能等优势，有效适用于制、储、加一体化制氢项目。
另一家公司，国氢科技旗下的长春绿动也在7月中旬推出了200标方的PEM制氢系统，该“兆瓦级高性能质子交换膜电解制氢装备”采用集成式制氢产品，由多个电解槽组合而成。
目前，完成运行测试的兆瓦级PEM电解制氢装备已交付“吉林长春中韩示范区可再生能源制氢加氢一体化项目”绿氢示范项目使用，该装备的研发将加快推进PEM制氢研发制造基地建设与产品产业应用，助力国家电投在“绿电一绿氢一绿氨”协同消纳示范应用等方面的优势。
整体来看，我国PEM制氢企业布局中更多聚焦在小型电解槽的生产，这些产品主要应用于氢健康领域。近年来，中船718所、赛克赛斯氢能、阳光氢能、长春绿动等多家国内企业所公布的PEM电解制氢系统的制氢规模突破200标方，不断向大型PEM制氢装备的方向突破。
值得一提的是，目前国内多个公开的兆瓦级PEM电解水制氢项目的制氢系统所用的并非单电解槽，而是多个电解槽组合而成，国内鲜少有企业具备200标方PEM单电解槽的制造能力，无论是技术还是经验，国内企业与国外相比还有较大的差距。
现阶段，国际上具备PEM电解槽设计和制造能力的企业不少，Nel、西门子和康明斯都其中的佼佼者。以Nel公司为例，其历史可以追溯到1927年，公司主要从事氢电解槽制造与加氢站业务，是全球最大的氢电解槽供应商、加氢站供应商。
收购Proton Onsite之后，NEL公司PEM电解水制氢设备涵盖了从1.05Nm?/h到5000 Nm?/h的各种规格型号产品，其目前成熟应用的PEM单电解槽制氢能力可达250Nm?/h。其推出了便于户外使用的集装箱式PEM电解槽产品，可广泛应用于工业、运输和可再生能源制氢等场景。
大标方PEM电解槽的产业化瓶颈待解
现阶段，只有达到兆瓦级的PEM电解水制氢项目才会用上200标方以上的PEM制氢系统，但是由于 PEM电解水制氢设备价格过于昂贵，目前大规模电解水制氢市场基本被碱性电解水制氢设备占据。
目前国内市场成熟应用的碱性电解水制氢设备制氢能力已经突破到1000标方以上，价格也从100万～1000余万元不等，其中1000标方的碱性电解水制氢设备价格大约在1000万元左右。而具备同样制氢能力的PEM电解水制氢设备的价格则是碱性电解水制氢设备的4倍以上。
成本高、价格贵是影响大标方PEM电解水制氢设备的市场应用扩张的主要因素，其主要瓶颈体现在PEM电解槽的核心材料方面。
以PEM电解水制氢所需的膜电极为例，虽然与氢燃料电池所用膜电极的名字相同、原理接近，但两者之间仍存在明显的材料和技术难度差异。
一是所用质子膜的厚度、溶胀率不同。燃料电池质子膜厚度只有8-10微米，溶胀率较低，因此在连续卷对卷涂布时相对容易，质子膜不易出现变形;而电解水制氢所用的质子膜多采用115、117型号的均质膜，厚度在150-200微米之间，相对较厚，溶胀率较高，因此在涂布时，质子膜可能会出现溶胀、变形等情况。因此，电解水膜电极的涂布设备需要特殊的设计，不能直接利用燃料电池膜电极的涂布装备。
二是所用的催化剂及催化剂沉降情况不同。燃料电池膜电极使用的催化剂为铂碳，比重小不易在浆料中出现沉降现象;水电解所用催化剂为氧化铱，比重大且没有载体，因此在制作浆料过程中易出现聚集及沉降现象。
当PEM电解槽往更大标方的方向拓展时，所面临的材料和制造工艺难题就会成倍增加。
“单电解槽往更高功率密度的方向发展，水热管理、流场管理和密封都是较大的挑战，也大大提高了在制造工艺方面的要求。” 竺炯操表示，就膜电极来说，与大标方PEM电解槽相适配的膜电极尺寸明显变大，这对膜电极的涂布是极大的考验。表面积成倍的增加，不是简单的调整设备参数就能解决的，如何保证生产的一致性和稳定性，需要对生产设备和工艺有足够深刻的理解。
好消息是，中国的PEM电解水制氢设备企业们正在跑步追赶。高工氢电获悉，国内的某PEM电解水制氢设备企业近期已经研发出了150标方PEM单电解槽，由这样2个150标方的电解槽所组成的300标方PEM制氢系统已经交付客户验证中。