2024年12月11日，在由香橙會研究院舉辦的“2024氫能年會：分析與預測”上，文景能源總經(jīng)理蔡俊分享了《6N級高性能、高安全、高可靠PEM現(xiàn)場制氫解決方案探索》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實踐。

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

ALK技術有很多優(yōu)勢，也是目前的主流應用；PEM也有它獨特的優(yōu)勢，在于它的電流密度、快速響應、相對安全性、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最近幾個月市場追求熱度非常高，文景也在做，我們做下來感覺AEM還是有一些可靠性、壽命技術需要突破。

蔡俊表示，“總體來看我們覺得今后幾年PEM電解水制氫還會是一個非常有競爭力的技術路線，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域超過十多年的技術積淀，文景能源在成立兩年的時間里就實現(xiàn)了電解槽（PEM和AEM）和燃料電池電堆的量產(chǎn)能力。

“我們團隊研發(fā)人員比例超過了70%，而且我們有一個很明顯的優(yōu)勢，可以依托交大雄厚的基礎研究資源做到產(chǎn)學研充分聯(lián)動�！辈炭”硎尽�

針對某些未來的亮點技術，文景可以利用交大的資源，做很多前期的測試來論證這些技術是否是有優(yōu)勢，未來是否會是一個方向，一旦我們認為這是一個方向，交大燃料電池所會非�？斓赝瓿蓮�0到1的突破，由文景來實現(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)整做到高適應性，寬運行范圍的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。

2. PEM電解水制氫 文景能源的創(chuàng)新實踐

“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，我們在質(zhì)子膜和陰極之間增加一個鉑合金消氧層，通過氫氧反應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，因此我們采用活性較強的鉑合金催化劑。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。但用鈀膜做會存在因為氧化反應產(chǎn)生的高溫而帶來的安全方面的風險，如果把除氧技術用在電解槽里面，流道有足夠的水產(chǎn)生，水就會帶走氫氧反應帶來的熱量，不會產(chǎn)生局部過熱，同時又能產(chǎn)生高純度的氫氣。

另外通過調(diào)整催化劑結構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構上也做了一些突起設計，這個設計為了進一步增加氣泡逃逸的速率。此外，還提出雙層PTL技術，上面一層PTL相對稀疏，下面相對致密。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方面的優(yōu)化：

第一，催化層微結構調(diào)整- 多微孔結構催化劑團聚體，強化催化層傳質(zhì)。

第二，變徑流道設計-局部流速提高100% ，宏觀傳質(zhì)強化。

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

對于電解槽的可靠性，主要從材料、密封和結構層面著手。采用PPS材質(zhì)極框做到高強耐久，利用臺階形的創(chuàng)新結構，減少鈦刀口對于膜的損傷，這樣增加了膜可靠性。對密封槽做粗糙化的處理，這樣增加密封圈錨定的穩(wěn)定性。密封圈設計采用雙峰的抗滑移結構，強度增加很多，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，設一級和二級氣液分離，確保氫氧按預期流量排除，防止氫氣聚集帶來的安全隱患，在三腔也會做到必要情況下的氮氣吹掃，進一步降低安全風險，最后是環(huán)境監(jiān)測也會設置多重監(jiān)測。

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

文景能源設計的電解槽系統(tǒng)有超過四十多個實時監(jiān)測，超過三十個閉環(huán)控制策略，超過二十個控制策略，超過10個預測模型，從系統(tǒng)層面進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)，通過一個略微比較小的30千瓦的AEM槽加上兩個五千瓦PEM槽并列。高壓可以做到操作壓力3.5兆帕，2V達到2A電流密度，AEM槽也可以做到10到20標方。

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

       原文標題 : 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