莒納科技:以材料科技創(chuàng)新突破PEM電解槽膜電極成本難題

         PEM電解槽電流密度高、可耦合綠電的特點受到重視。但仍面臨著：1）貴金屬催化劑導(dǎo)致成本偏高；2）制成工藝連續(xù)化受限；3）壽命有待驗證等問題，導(dǎo)致其難以大規(guī)模推廣，其中成本問題最受關(guān)注。

　　PEM電解槽主要由膜電極和雙極板構(gòu)成。作為電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所，膜電極被稱為電解槽的“心臟”，是直接決定PEM電解槽性能與成本的核心部件。PEM電解槽的三大問題與膜電極發(fā)展水平直接相關(guān)，突破膜電極產(chǎn)業(yè)化成為解決PEM電解槽推廣問題的關(guān)鍵。2022年開始，PEM電解槽膜電極熱度提升明顯，但由于規(guī)模不足、貴金屬載量高、均一性差等問題，產(chǎn)業(yè)化難題仍未突破。

　　參考燃料電池膜電極發(fā)展歷程，氫云鏈認(rèn)為，率先實現(xiàn)降低貴金屬載量、解決漿料涂布均一性、降低膜電極衰減的企業(yè)將有望領(lǐng)跑PEM電解槽膜電極市場競爭。

　　莒納科技作為綠氫電極供應(yīng)商，其堿液電極產(chǎn)品推動堿液電解槽走向萬 A 時代，PEM 電解槽膜電極也已經(jīng)由第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)完成樣品測試。基于催化劑材料微觀結(jié)構(gòu)改進(jìn)和工藝創(chuàng)新，其膜電極實現(xiàn)了在2 A@1.9 V@60°C的性能下成本有望降低 30 %的目標(biāo)， 并突破了漿料分散和涂布轉(zhuǎn)印工藝，能夠高效、均勻地完成大面積涂布（3000cm²）。

　　氫云鏈希望通過莒納科技的膜電極技術(shù)思路，探討PEM電解槽產(chǎn)業(yè)化的路徑，并進(jìn)一步探討電解槽電極供應(yīng)商的發(fā)展路徑。

　　莒納科技 PEM膜電極技術(shù)創(chuàng)新

　　1、PEM膜電極的難題

　　膜電極占據(jù)電解槽成本約30%，是電解槽性能、壽命與成本的核心。因此膜電極的產(chǎn)品水平直接決定PEM電解槽產(chǎn)品水平。

　　目前膜電極在技術(shù)和工藝上面臨著成本高、催化劑均一性差、涂布難等三大問題，其中由于成本高是PEM電解槽推廣難的關(guān)鍵問題，因此催化劑成本受關(guān)注程度最高。

　　（1）催化劑貴金屬載量大、成本高

　　貴金屬載量大推高膜電極成本。由于質(zhì)子膜形成的強(qiáng)酸性環(huán)境導(dǎo)致催化劑選擇范圍小，尤其是陽極過高的過電位導(dǎo)致選擇更加狹窄。目前陰極催化劑主要為鉑-碳等，負(fù)載為2mg/cm²，陽極主要為二氧化銥等，負(fù)載約為6mg/cm²，原材料成本高，替代難度大。由于催化劑成本占膜電極成本比重大，加之貴金屬成本高昂，成為膜電極成本居高不下的重要原因。

　　銥儲量少引發(fā)行業(yè)擔(dān)憂。由于銥全球年開采量僅有5-10噸且高度集中于南非。如果銥需求持續(xù)上升，將可能導(dǎo)致價格飛漲甚至供不應(yīng)求，極大制約產(chǎn)業(yè)正常發(fā)展。

　　（2）催化劑均一性不理想

　　氧化銥比重大且沒有載體，在制作漿料過程中易出現(xiàn)聚集及沉降現(xiàn)象，影響了漿料的均一性，從而影響了膜電極的壽命和可涂布面積。因此對漿料的物料投放順序、預(yù)混時間、溫度、分散工藝等均有很高要求。

　　（3）涂布工藝一致性差

　　對比燃料電池質(zhì)子膜8-10微米的厚度，電解槽質(zhì)子膜厚度達(dá)到150-200微米，溶脹率高，在涂布時容易出現(xiàn)溶脹、變形等情況，對漿料配比、涂布工藝提出了很高要求。

　　2、莒納的解決方案

　　針對膜電極面臨的難題，莒納科技通過催化劑材料微觀結(jié)構(gòu)改進(jìn)和工藝創(chuàng)新，實現(xiàn)了在性能不變的情況下膜電極成本有望下降約30%的目標(biāo)，并加速了膜電極連續(xù)、穩(wěn)定的規(guī)模化生產(chǎn)工藝，從成本和生產(chǎn)工藝兩個方面推動了膜電極的產(chǎn)品化，推動PEM電解槽的商業(yè)化應(yīng)用。

　　（1）低鉑低銥催化劑推動膜電極降本30%

　　催化劑納米結(jié)構(gòu)及成分優(yōu)化提升活性、降低載量。莒納科技陰極催化劑采用自主合成的Pt-過渡金屬合金納米材料，陽極催化劑采用自研核殼結(jié)構(gòu)材料，從而增強(qiáng)活性位點協(xié)同作用，提高催化劑有效反應(yīng)活性面積，同時促進(jìn)電荷傳輸增強(qiáng)導(dǎo)電性，大幅降低鉑、銥負(fù)載量。