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AEM制氢电解槽核心部件

AEM（AnionExchangeMembrane）是一种阴离子交换膜电解水制氢技术，其原理是利用阴离子交换膜作为电解质，通过电解水产生氢气，主要结构由阴离子交换膜和两个过渡金属催化电极组成，一般采用纯水或低浓度碱性溶液用作电解质，并使用廉价非贵金属催化剂和阴离子交换膜。

AEM制氢综合了ALK制氢和PEM制氢两大技术的优点：

●可以在碱性的工作环境中使用非贵金属催化剂，对极板等各类零部件的要求不高，可使用镀镍的不锈钢板；

●具备类似于PEM膜电极的结构，可实现高压制氢。

目前有做AEM制氢电解槽的企业如德国Enapter、稳石氢能、中电绿波、亿纬氢能、未来氢能、清能股份等。但AEM制氢技术距离大规模商业化还有很大提升空间，阴离子交换膜、催化剂等核心部件的开发与应用尚未成熟。

位于膜电极结构中间的电解质隔膜是阴离子交换膜，它具有以下几方面的作用：

●亲水性：通过渗透压将水从阳机扩散到阴极。

●传递OH-：将阴极侧产生的OH-传递到阳极侧，这个过程中要使OH-传递阻力尽可能小，即膜要有较高的电导率；

●隔绝电子：电化学反应与一般的化学反应的一个很大区别在于我们可以利用电能控制化学反应速度和反应方向，使化学反应涉及的电子通过外电路传递，因此交换膜要尽可能绝缘电子；

●阻隔气体：由于电解水在膜电极两侧产生氢气和氧气，而氢氧混合达到一定比例就会存在燃烧或爆炸的风险，也会降低氢气产率，因此膜要有很好的阻隔气体的性能。

关于阴离子交换膜的企业，有一些是做AEM制氢电解槽的企业自研，如亿纬氢能、清能股份，有一些是专门做膜的企业，如赢创、汉丞科技。

1、亿纬氢能

亿纬氢能自主研发的Alkymer?阴离子交换膜材料使用芳环作为聚合物骨架，并通过哌啶阳离子进行离子传导。这种材料具备出色的化学稳定性，得益于其稳定的芳基主链结构和哌啶阳离子的耐碱特性。

AEM膜产品实物图

亿纬氢能开发了基于功能化聚芳基哌啶树脂的两款阴离子交换膜产品：W-25（厚度25±2微米，均质膜）和W-75（厚度75±5微米，专为电解水制氢设计）。这些产品适用于20-80℃的温度范围，可以广泛应用于水电解器、碱性燃料电池和CO2还原等领域。

Alkymer?阴离子交换膜在离子传导性能方面具有高离子选择性，能够迅速传递阴离子。W-25的离子电导率≥150mS/cm（80℃，100%RH），W-75的电导率≥130mS/cm（80℃，100%RH）。

在耐碱稳定性方面，膜在80℃的1MNaOH溶液中浸泡5000小时后，主链没有降解，阳离子基团降解小于5%，使电解槽长期保持高效的离子传导能力。

机械强度方面，在23±2℃、50±5%RH下，氯型阴离子交换膜的拉伸强度≥30MPa，确保电解槽工作时能够承受更高的压力。

亿纬氢能现已具备阴离子交换膜卷对卷连续生产能力，已实现幅宽600mm阴离子交换膜的制备，年产能达到了5000平方米。

2、清能股份

阴离子交换膜是影响AEM电解系统的性能、寿命、效率以及成本的关键部件之一，也是当前制约AEM电解制氢设备大规模商业化发展的主要技术瓶颈。清能股份的AEM膜采用全饱和碳氢键树脂作为功能团基材，厚度50μm，比目前碱液电解槽采用的PPS膜更薄、用材量更低、成本更低。

清能股份AEM膜技术参数表

清能股份自研AEM膜

清能股份自主研发的AEM电解质膜基于公司在美国专利申请2007/0275291中的多层增强和抗自由基技术，具有高达80cm的幅宽和超过65MPa的抗张强度，是同类产品的1.5至2倍。

这种膜适合大规模生产，提供优越的耐压和气体阻隔能力，确保电解系统的安全运行。此外，其离子传导性能优异，经测试，在性能和寿命上明显超过其他同类产品。

3、赢创

在制氢领域，赢创开发的阴离子交换膜DURAION?，可用于碱性膜水电解（AEM电解），使电解水制氢技术更具成本竞争力。

基于专业的聚合物专业知识，赢创开发的阴离子交换膜DURAION?，具有以下特性：

●极高的离子电导率

●在腐蚀性介质（如碱性环境）中具有出色的化学稳定性

●卓越的机械完整性

4、汉丞科技

汉丞科技出品的AEM离子交换膜具备优秀的化学和机械稳定性，能够配合非贵金属催化剂实现高电导率和大电流密度，离子传输能力更好，催化效率更高。

●选用聚合物作为其主要材料，与PEM制氢用的全氟磺酸质子交换膜相比，性价比更高；

●采用较低的碱性条件，催化反应能量消耗较低，使制氢过程更加经济高效，易于推广；

●可广泛用于燃料电池、氢燃料汽车及电力系统储能，还可与太阳能、风能等可再生能源结合使用，实现能源可持续发展。

随着越来越多厂商逐步克服阴离子交换膜的量产挑战，并推动这一核心部件的商业化进程，我们有理由相信，AEM电解水制氢技术将在未来展现更广泛的应用潜力。