关于ALK和PEM电解水未来的关键指标

很多不真正理解电解制氢这个行业的人非常纠结于未来的电解水制氢市场到底是哪个技术路线的天下，如ALK、PEM、SOEC，甚至AEM等等其他。本人一直坚持认为：

1）市场选择的基本原则是性价比。

2）每个技术路线都在动态发展，会有更多可能。

3）最终会是多路线场景差异化并存。

当然很多人做出判断的依据可能是“屁股决定了脑袋”，也有可能是基于现状的性能或者价格做的未来预测和判断，当然仁者见仁智者见智，无所谓对错，未来皆有可能。下面给大家分享一些来自大洋彼岸DOE关于ALK和PEM一些性能目标和预期，有助于大家去判断！

一、ALK电解水

1、碱性电解原理图

图例说明：

1）包含了阴阳极的半反应方程式。

2）电解单元组成以及每一层的命名（材质）。

3）离子以及电子流向。

4）气体液体流向。

2、最新来自DOE的ALK指标

下表总结了美国能源部 (DOE) 的液碱电解技术目标。有许多性能、效率、寿命和成本目标的组合可以实现到 2026 年 2 美元/千克 H2 和到 2031 年 1 美元/千克 H2 的低成本制氢目标。该目标组合是根据工业界和美国国家实验室专家的意见制定的（并不是主观臆想，是一些技术预判基础的）。

2.1液体碱性电解槽和系统的技术目标 （原版以及编译版）

2.2项目指标释义

a、 本表是专门为低温液体碱性电解槽制定的；其他电解槽技术的目标表另行制定。有许多性能、效率、寿命和资本成本目标的组合可以实现低成本制氢的核心目标。此处列出的目标可作为技术开发人员的起点。

b、 所有性能、耐久性和资本成本目标必须在同一堆栈或系统上同时实现，以达到氢气的平准化成本目标。最终目标是在相关商业规模的电堆和系统中呈现这些目标。

c 、现状是指基于已存在多年的商业产品中传统液碱电解槽技术。

d、 包括因 H2 交叉造成的 2.5% 效率损失（2.5% 为上限，以留出安全余量）。

e、 目标与定义的寿命终期性能损失10%的一致。虽然状态值基于连续运行，但与目标相关的降解率评估必须包括在电堆额定运行点附近的运行，以及考虑动态运行（例如，满足运行周期(占空比)要求）和开关循环（应用/结束应用）。

f、 使用寿命终止是基于在相同的电流密度下，从开始使用时（经过磨合/调节期后）电压损失 10%。寿命根据从寿命开始到寿命终止电压的平均衰减率计算（例如，对于 2022 状态：(1.9 V * 1.1) - 1.9 V] / [0.0032 V/kh*kh/1,000 h]）。

g 、假设已通过大批量制造实现了规模经济。系统成本值中不包括安装成本，如工程、采购、施工和许可成本。

h、 数值（包括 2 美元/kg H2 的状态下限）假定使用低成本、清洁电力（例如，≤ 0.03 美元/kwh）和高可用性（例如，>90%）；但也可考虑使用其他方案，以较低的容量系数（例如，风能或太阳能）提供成本较低的清洁电力，以达到生产成本目标。

二、PEM电解水

1、PEM电解原理图

图例说明：

1）包含了阴阳极的半反应方程式。

2）电解单元组成以及每一层的命名（两极催化剂材质）。

3）质子以及电子流向。

4）气体液体流向。

2、最新来自DOE的指标

下表总结了美国能源部 (DOE) 的质子交换膜 (PEM) 电解技术目标。基于性能、效率、寿命和成本目标的组合可以实现到 2026 年 2 美元/kg H2 和到 2031 年 1 美元/kg H2 的低成本制氢核心目标。此处列出的目标组合是根据工业界和国家实验室专家的意见制定的。

2.1 PEM 电解槽和系统的技术目标 a,b（原版以及编译版）

2.2 项目指标释义

a、 本目标表是专门为低温 PEM 电解槽制定的；其他电解槽技术的目标表另行制定。基于性能、效率、寿命和资本成本目标的组合可以实现低成本制氢的核心目标。此处列出的目标可作为技术开发人员的起点。

b、 所有性能、耐久性和资本成本目标必须在同一电堆或系统上同时实现，以达到氢气的平准化成本目标。最终目标是在相关商业规模的电堆和系统中展示这些目标。

c 、现状基于下一代水电解槽制氢 (H2NEW) 联合会正在进行的分析工作，将在能源部计划记录中公布。

d 、阳极中的铱占 PEM 电解槽中铂族金属 (PGM) 含量的大部分，但阴极中也含有铂。减少铂族金属催化剂的含量对降低成本非常重要，但这样做不应影响达到性能和耐用性目标的能力。

e 、包括因 H2 交叉而造成的 2.5% 效率损失（2.5% 是作为安全系数的上限）。

f、 目标与定义的寿命终期性能损失10%的一致。虽然状态值基于连续运行，但对目标衰减率的评估必须包括在电堆额定运行点附近的运行，以及考虑动态运行（例如，满足工作周期（占空比）要求）和开关循环（应用/结束应用）。

g、 使用寿命终止是基于在相同电流密度下测量的寿命开始运行时（任何磨合/调节期之后）10% 的电压损失。寿命根据从寿命开始到寿命终止电压的平均衰减率计算（例如，对于 2022 状态：(1.9 V * 1.1) - 1.9 V] / [0.0048 V/kh*kh/1,000 h]）。

h、 代表当前的生产量。2026 年和最终目标假定已通过大批量制造实现规模经济。系统成本值中不包括安装成本，如工程、采购、施工和许可成本。

i、 数值（包括状态下 3 美元/kg H2 的下限）假定使用低成本、清洁电力（例如，≤ 0.03 美元/kwh）和高可用性（例如，>90%）；然而，也可考虑使用其他方案，以较低的容量系数（例如，风能或太阳能）提供成本较低的清洁电力，以实现生产成本目标。

三、总结

尽管以上数据可能不完全准确或者适用国内情况，但是基本可以参考一个大概。另外大家透过最终制氢成本的目标来看，是否有ALK和PEM殊途同归的感觉。以现状为起点，尽管每个技术路线的技术天花板不一样，且每个技术路线都需要进一步的去改进升级，尤其PEM技术路线要想达成最终制氢成本的目标，在PGM的载量和能效指标层面还是要有非常大的跨度去做；ALK（这里是把AEM也归在这一类了）相对来说离终极目标更近一些，但是这个过程也需要各个企业和科研人员继续攻关！2026年和2031年都不远，大家都有机会见证未来，见证未来的市场分配！

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