2024年12月11日，在由香橙會(huì)研究院舉辦的“2024氫能年會(huì)：分析與預(yù)測(cè)”上，文景能源總經(jīng)理蔡俊分享了《6N級(jí)高性能、高安全、高可靠PEM現(xiàn)場(chǎng)制氫解決方案探索》的主題演講從研發(fā)、產(chǎn)品的視角展示了文景能源的制氫技術(shù)實(shí)踐。

“ALK和PEM和AEM，我把它們看作內(nèi)燃機(jī)、三元鋰電和固態(tài)電池的對(duì)比”。文景能源總經(jīng)理蔡俊在開始提到制氫技術(shù)路線時(shí)提到。

ALK技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，也是目前的主流應(yīng)用；PEM也有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在于它的電流密度、快速響應(yīng)、相對(duì)安全性、維保周期和成本和產(chǎn)生的氫氣純度，不過PEM現(xiàn)在成本比較高；AEM最近幾個(gè)月市場(chǎng)追求熱度非常高，文景也在做，我們做下來感覺AEM還是有一些可靠性、壽命技術(shù)需要突破。

蔡俊表示，“總體來看我們覺得今后幾年P(guān)EM電解水制氫還會(huì)是一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)路線，并且PEM成本也在飛快地往下降”。

1. 交大燃料電池所走出的制氫新銳

文景能源是一家依托交大燃料電池所孵化的公司，在22年8月注冊(cè)成立。依托交大燃料電池所在燃料電池電堆和電解水制氫領(lǐng)域超過十多年的技術(shù)積淀，文景能源在成立兩年的時(shí)間里就實(shí)現(xiàn)了電解槽（PEM和AEM）和燃料電池電堆的量產(chǎn)能力。

“我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員比例超過了70%，而且我們有一個(gè)很明顯的優(yōu)勢(shì)，可以依托交大雄厚的基礎(chǔ)研究資源做到產(chǎn)學(xué)研充分聯(lián)動(dòng)。”蔡俊表示。

針對(duì)某些未來的亮點(diǎn)技術(shù)，文景可以利用交大的資源，做很多前期的測(cè)試來論證這些技術(shù)是否是有優(yōu)勢(shì)，未來是否會(huì)是一個(gè)方向，一旦我們認(rèn)為這是一個(gè)方向，交大燃料電池所會(huì)非�？斓赝瓿蓮�0到1的突破，由文景來實(shí)現(xiàn)從1到10的工程化和產(chǎn)業(yè)化，不僅僅是電解槽技術(shù)開發(fā)，燃料電池也是如此。文景能源采用共性的流程、方法、工具來支撐電解槽和燃料電池的開發(fā)。

目前文景能源的電解槽產(chǎn)品圖譜已經(jīng)形成了包括常壓、高壓還有通過催化劑調(diào)整做到高適應(yīng)性，寬運(yùn)行范圍的PEM和AEM系列，另外也在研發(fā)一些特殊產(chǎn)物電解槽包括海水制氫、二氧化碳電解技術(shù)。

2. PEM電解水制氫 文景能源的創(chuàng)新實(shí)踐

“我們追求的是高純度PEM電解槽生產(chǎn)，高純度就是盡可能降低氧中氫和氫中氧”，蔡俊表示。如何做？

蔡俊稱，與在質(zhì)子膜和陽極之間的鉑碳消氫層類似，我們?cè)谫|(zhì)子膜和陰極之間增加一個(gè)鉑合金消氧層，通過氫氧反應(yīng)來顯著降低氫中氧濃度，研究表明，氫中氧濃度降低的幅度和催化劑活性有關(guān)，因此我們采用活性較強(qiáng)的鉑合金催化劑。提升氫氣純度，也可以在電解槽系統(tǒng)端使用提純裝備，比如鈀膜。但用鈀膜做會(huì)存在因?yàn)檠趸�反�?yīng)產(chǎn)生的高溫而帶來的安全方面的風(fēng)險(xiǎn)，如果把除氧技術(shù)用在電解槽里面，流道有足夠的水產(chǎn)生，水就會(huì)帶走氫氧反應(yīng)帶來的熱量，不會(huì)產(chǎn)生局部過熱，同時(shí)又能產(chǎn)生高純度的氫氣。

另外通過調(diào)整催化劑結(jié)構(gòu)增加一些催化劑微孔，可以增加氣泡逃逸。文景能源在催化層結(jié)構(gòu)上也做了一些突起設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)為了進(jìn)一步增加氣泡逃逸的速率。此外，還提出雙層PTL技術(shù)，上面一層PTL相對(duì)稀疏，下面相對(duì)致密。通過上面一層PTL把氧氣排掉，提高氫氣純度。

現(xiàn)在所有的PEM電解槽企業(yè)都在追求的性能層面，文景能源也做了幾個(gè)方面的優(yōu)化：

第一，催化層微結(jié)構(gòu)調(diào)整- 多微孔結(jié)構(gòu)催化劑團(tuán)聚體，強(qiáng)化催化層傳質(zhì)。

第二，變徑流道設(shè)計(jì)-局部流速提高100% ，宏觀傳質(zhì)強(qiáng)化。

第三，進(jìn)/出歧管設(shè)計(jì)優(yōu)化-優(yōu)化流量分配，提升單節(jié)一致性。

對(duì)于電解槽的可靠性，主要從材料、密封和結(jié)構(gòu)層面著手。采用PPS材質(zhì)極框做到高強(qiáng)耐久，利用臺(tái)階形的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，減少鈦刀口對(duì)于膜的損傷，這樣增加了膜可靠性。對(duì)密封槽做粗糙化的處理，這樣增加密封圈錨定的穩(wěn)定性。密封圈設(shè)計(jì)采用雙峰的抗滑移結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度增加很多，密封圈也大大提升了密封可靠性。

“除了在電解槽層面提升性能、純度和可靠性，電解槽系統(tǒng)層面同樣有很多事情可以做�！辈炭”硎�，“系統(tǒng)架構(gòu)通過算法，能夠做到電解槽高可靠和高安全”。

從陰極、陽極各個(gè)角度，系統(tǒng)層面在陽極用多重溫度壓力和流量監(jiān)控確保槽體安全，設(shè)一級(jí)和二級(jí)氣液分離，確保氫氧按預(yù)期流量排除，防止氫氣聚集帶來的安全隱患，在三腔也會(huì)做到必要情況下的氮?dú)獯祾�，進(jìn)一步降低安全風(fēng)險(xiǎn)，最后是環(huán)境監(jiān)測(cè)也會(huì)設(shè)置多重監(jiān)測(cè)。

電解槽系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的角度，電解槽也有電化學(xué)阻抗，根據(jù)電解槽電化學(xué)阻抗能夠開發(fā)出很多基于電解槽狀態(tài)的預(yù)測(cè)模型，把這個(gè)模型嵌入到電解槽運(yùn)行的軟件中，基于電化學(xué)阻抗和極化曲線預(yù)測(cè)，從而對(duì)整個(gè)膜情況判斷，比如是否有裂痕、粗糙老化的現(xiàn)象，最后通過預(yù)測(cè)模型對(duì)槽做高精度的控制，從系統(tǒng)軟件層面進(jìn)提高電解槽可靠性和穩(wěn)定性。

文景能源設(shè)計(jì)的電解槽系統(tǒng)有超過四十多個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，超過三十個(gè)閉環(huán)控制策略，超過二十個(gè)控制策略，超過10個(gè)預(yù)測(cè)模型，從系統(tǒng)層面進(jìn)一步提高可靠性和安全性。

文景能源已經(jīng)給客戶交付了AEM和PEM混聯(lián)的系統(tǒng)，通過一個(gè)略微比較小的30千瓦的AEM槽加上兩個(gè)五千瓦PEM槽并列。高壓可以做到操作壓力3.5兆帕，2V達(dá)到2A電流密度，AEM槽也可以做到10到20標(biāo)方。

“文景能源在產(chǎn)品可靠性上的設(shè)計(jì)理念在PEM電解槽、AEM電解槽以及整個(gè)系統(tǒng)上都是有體現(xiàn)的�！�，文景能源總經(jīng)理蔡俊肯定地說。

       原文標(biāo)題 : 上海交大飛出的電解槽新秀！看文景能源如何解決制氫系列難題