2019年4月12日，深圳市綠航星際太空科技研究院完成了與江蘇蘇州競(jìng)力制氫設(shè)備有限公司簽訂的水電解制氫項(xiàng)目的驗(yàn)收工作。此次與研究院合作的蘇州競(jìng)力公司是國(guó)內(nèi)知名堿水電解制氫公司，具有世界領(lǐng)先的堿水電解技術(shù)。在合作過(guò)程中，研究院主要承擔(dān)PEM水電解電堆的研發(fā)工作，為能夠制造出讓客戶(hù)滿(mǎn)意的水電解設(shè)備，工程技術(shù)部的同事們?cè)谝挂岳^日的辛勤努力下，齊心協(xié)力，精益求精，通過(guò)對(duì)電堆的電解性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性能測(cè)試，最終制造出具有2Nm³/h氫氣產(chǎn)量的PEM水電解電堆。設(shè)備實(shí)物圖如圖1所示。

該PEM水電解電堆由20個(gè)PEM水電解單體組成，工作介質(zhì)為純水。電堆采用陽(yáng)極供水的工作模式，在電解過(guò)程中，電堆通過(guò)質(zhì)子交換膜技術(shù)將純水電解為氫氣和氧氣。在保持PEM水電解電堆的體積小、電流密度大、穩(wěn)定性高以及易維護(hù)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)條件下，該電堆創(chuàng)新使用塑料作為基體，既降低了制作成本又減輕了設(shè)備的實(shí)際重量，達(dá)到了很好的效果。該電堆相對(duì)于同級(jí)別的產(chǎn)品具有更小的設(shè)備重量、更高的產(chǎn)氫效率以及更低的制造成本，主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。其中電堆和電堆單體I-U極化曲線如圖2所示，具體設(shè)備性能如表1所示。

此次研究院通過(guò)與國(guó)內(nèi)知名水電解企業(yè)的交流與合作，既響應(yīng)了國(guó)家大力發(fā)展氫能與燃料電池的重點(diǎn)科研戰(zhàn)略方針，也為深圳市關(guān)于PEM水電解制氫應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展打下了良好的技術(shù)和產(chǎn)品基礎(chǔ)。在響應(yīng)國(guó)家和地方政策的同時(shí)，該項(xiàng)目還提高了研究院對(duì)水電解電堆的研發(fā)與制造能力，也為以后制造更大規(guī)模的制氫水電解電堆和水電解系統(tǒng)打下了很好的基礎(chǔ)。

質(zhì)子交換膜(PEM)電解技術(shù)，有時(shí)也被稱(chēng)為固體聚合物電解(SPE)技術(shù)，是由美國(guó)通用電氣公司在20世紀(jì)70年代最開(kāi)始進(jìn)行研究。PEM電解技術(shù)最大的特點(diǎn)是使用了全氟磺酸材料的電解質(zhì)薄膜，該薄膜在室溫條件下就具有很好的質(zhì)子傳輸能力。由于電解質(zhì)膜的厚度很小，這使得PEM電解單體中陰極和陽(yáng)極的間距很低，降低了工作過(guò)程中歐姆電阻的損耗，從而使PEM電解電堆的最大工作電流密度能夠達(dá)到2-3A/cm²。與此同時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的堿水電解技術(shù)，PEM純水電解技術(shù)還具有體積小、反應(yīng)速度快、電解效率高、大的負(fù)載范圍以及高的產(chǎn)物純度。隨著各國(guó)都在加大對(duì)氫能和燃料電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用，制氫技術(shù)作為氫能產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也成為國(guó)家大力發(fā)展的對(duì)象。目前我國(guó)的主要?dú)錃鈦?lái)源還需要依靠化石能源制氫技術(shù)，而PEM電解技術(shù)作為綠色制氫技術(shù)是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的對(duì)象，與此同時(shí)該技術(shù)還能與可再生能源構(gòu)成可再生能源-氫能-燃料電池的儲(chǔ)能-發(fā)電系統(tǒng)，更好地解決國(guó)家關(guān)于可再生能源的消納問(wèn)題。具體氫能源的發(fā)展模式如圖3所示。