自研AEM膜寿命突破20000小时,稳石氢能攻克AEM制氢工程化应用的核心难点!
十五五规划国家批准了5个氢能综合应用试点城市群,开启了氢能应用的新阶段,从行业试点到城市群的用氢生态建设,氢能源的战略地位依旧在提升。随着产业快速发展,上游制氢技术路线竞争激烈,而深度适配大规模风光制氢的AEM技术凭借响应快、规模化成本低的技术特性被业界普遍看好;但由于核心膜材的寿命限制,导致AEM制氢技术工程化应用迟缓,在大型风光制氢一体化项目的推进中也面临寿命质疑。
卡住产业进程的AEM膜,难点在哪里?
作为AEM制氢的核心部件,AEM膜的寿命,决定着制氢系统的工程化上限,而目前国内外AEM膜在电化学性能方面表现优越,如Ionomr、Orion Polymer、Versogen等知名厂商的AEM膜材在电导率、电流密度、衰减率等方面数据亮眼,但在寿命方面,当前头部厂商的数据大多来自小面积单电池、恒温稳态工况,针对实际兆瓦级堆叠、动态波动负荷、启停循环、高压产氢的长期实测数据稀缺;对比PEM电解槽工程化寿命2-4万小时、ALK电解槽8-10万小时而言,绝大多数AEM膜在电解堆全工况下稳定寿命仍不足10000h。

长寿命的AEM膜,难做在哪里?
AEM膜在高电位、羟基自由基攻击、干湿循环等运行条件下会带来溶胀-收缩疲劳,运行中CO₂碳酸根污染会发生季铵基团降解、力学撕裂、界面脱层;同时卷对卷规模化制备带来的膜面均匀性、批次稳定性、大尺寸膜力学缺陷控制,以及膜-电极界面长期耦合衰减等均会影响膜材寿命,即便实验室单膜/小单池寿命指标亮眼,放大到工业电解堆后,膜的实际有效寿命通常会显著下降,距离绿氢规模化工程应用所需的数万小时全工况稳定服役、低衰减、可批量稳定供货仍存在明显差距。据业内人士反馈,目前市场许多膜材极限寿命仅有5000小时,更有部分膜材在全工况运行下只有3000小时寿命!
20000+小时的AEM膜,由国内厂家自研成功!
近日,国内AEM厂商稳石氢能自研的高强度第三代TP膜寿命突破20000小时大关,该膜材的机械强度达52MPa,电流密度1.25A/cm²,离子交换量2.7meq./g,离子电导率165%,据相关信息显示,该膜材于2023年分批次应用于稳石氢能AEM制氢商用设备,截止目前,已有的商用时长记录已突破15000小时且膜材运行状态良好,根据膜材电化学性能衰减数据计算,目前该膜材的保守运行寿命可达到20000小时以上。

作为国内AEM制氢技术的先行者,稳石氢能核心技术团队早在2019年便已确定了AEM膜材高强度、长寿命的研发方向,先后经历数千次膜材实验,历时3年,在分别验证了传统基材与PPS基材后,于2022年获得重大突破,稳石氢能膜材研发团队采用具有V型刚性结构的Tröger碱进行聚合,获得了具有本征微孔的高强度不易变形的离子交换膜,称为TB-PIM膜;该膜材具有电化学性能好,耐温耐碱,强度高,不变形等优势,同时合成过程简单,价格便宜,可大幅度降低AEM制氢设备成本。

稳石氢能2023年率先在国内开启AEM制氢装备商用,核心高强度TP膜在过去的两年多时间里,经历了高强度启停循环、动态波动负荷、高压运行等多种极限工况,目前仍旧保持稳定运行,电化学性能衰减不足5%,该批次设备制氢效率依旧保持在90%以上,稳石氢能相关技术负责人表示:20000小时或许并不是TB膜的极限,我们将继续记录商用数据,也期待它能够进入下一量级的寿命维度,届时长寿命的AEM制氢装备将具备更大的竞争优势!
一张膜的产业价值
长寿命AEM膜是释放AEM电解技术产业价值的核心基础,依托非贵金属催化剂、动态负荷适配的先天优势,膜寿命突破将直接降低绿氢全生命周期成本,长寿命AEM膜可适配风光波动电源的启停循环,支撑分布式与集中式绿氢场站建设。

从产业经济性看,长寿命AEM膜能充分释放AEM路线无需贵金属催化剂的成本红利,减少电堆运维与更换资本开支,降低绿氢平准化成本,同时推动国产氢能核心膜材自主可控,摆脱进口膜材供给约束,拓展风光耦合制氢、氢储能、应急电源等多元应用场景,据中科院过程工程研究所产业研判,AEM电解槽有望在2030年占据电解制氢市场20%–35%份额,而长寿命AEM膜的规模化量产正是该市场目标落地的先决条件。
掌握了长寿命膜材技术,相当于掌握了AEM制氢装备规模化商用的核心密匙,稳石氢能20000小时膜材的突破,为AEM制氢技术迈入规模化工程应用按下了加速键。
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