目前关于PEM电解制氢设备的介绍资料较少,故简单梳理以下文章供大家参考。
一、PEM电解槽组装流程
以半自动装配线为例:
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3人/线(每条线3人)
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采用30mm后的316不锈钢做端板。
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采用PPS-40GF做MEA的粘结料、采用压缩带或者拉杆紧固。
1、加工流程简述
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原料:加工好的BP、密封胶、加工好的MEA等。
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设备:机械手、传送带、丝网印刷机、UV炉、热压机、油压机、测试台
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工艺:BP——印刷密封胶——上MEA——印刷密封胶——UV固化——3人工堆叠和热压——压紧——安装外壳以及其他固件——调整和测试
2、不同规模下的成本测算
二、PEM BP 生产流程
1、加工流程简述:
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原料:表面硬化(氮化处理)过的316不锈钢卷材(目前采用钛板者也居多)
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工艺:下料——冲压——化学清洁——清洁——表面等离子处理——成品
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设备:冲切下料机、冲压模具、等离子渗氮炉、化学清洗池、普通清洁池。
2、不同功率电解槽的成本分析:
三、MEA的生产
1、阴极:
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原料:带保护层的PEM膜、催化剂浆料(铂)
说明:目前水电解制氢所用PEM多为全氟磺酸膜,制备工艺复杂,长期被美国和日本企业垄断,如科慕Nafion™系列膜、陶氏XUS-B204膜、旭硝子Flemion®膜、旭化成Aciplex®-S膜等。其中科慕Nafion™系列膜具有低电子阻抗、高质子传导性、良好的化学稳定性、机械稳定性、防气体渗透性等优点,是目前电解制氢选用最多的质子交换膜。
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设备:涂布机、干燥炉、扫描仪、视觉识别仪(品质检查)、传送带
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工艺:卷料——催化剂涂布——干燥固化——品质检查——下工序
2、阳极
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原料:基层膜(用来承接阳极催化层)、阳极催化剂浆料(DSA—氧化铱、氧化钛等混合物)
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设备:涂布机、干燥炉、扫描仪、视觉识别仪(品质检查)、传送带
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工艺:(初始原料为PET等承接催化层的薄膜)承接薄膜卷料——涂布催化层、干燥固化——视觉系统品质检查——下工序
3、CCM合成最终MEA
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原料:上工序涂覆好的阴极层(带有PEM膜和催化层)、上工序加工好的阳极层(催化层附在基层膜上)
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设备:传送带、热压辊、扫描仪、视觉识别系统(品质检查)
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工艺如下:
四、粉末冶金制作GDL层
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原料:铜、不锈钢、钼等多种金属粉末(目前有钛毡、碳毡等路线)
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设备:粉末混合搅拌装置、金属粉末压实设备、工装模具、烧结装置
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工艺如下:
金属粉末——搅拌混合——压实成型——烧结成毡
说明:当前阳极采用钛毡居多;阴极采用碳毡居多。另金属粉末烧结GDL图片如下:
(a)GDL 的SEM图
(b)1cm尺寸上的显微照片
五、PEM单电池结构
Cathode Plate:阴极板
Anode Plate:阳极板
Frame:MEA框架(类似于燃料电池)
MEA Cell:膜电极组
Seals:密封构件
Porous Ti GDL:PTL或者钛毡扩散层(GDL)
六:BOP(Blance of Plant)
1.电源供应
1)电源
2)直流电压/电流传感器。
2.去离子水系统
1)氧气分离器
2)循环泵
3)各类阀门、管道等
4)仪表(压力、流量、温度、电导率等)
5)控制系统
3.制氢干燥系统
1)氢气分离器
2)阀门、仪表(压力、温度、流量等)、管道等
3)控制系统
4.冷却干燥系统
1)板式换热器
2)冷却泵
3)仪表、阀门、管路等
4)干式冷凝器
5.其他
压缩空气、氮气、可燃气体检查仪、通风系统等。
以上BOP大概成本结构如下:
结语:
通过以上PEM制氢的核心部件以及整个系统的材料构成和加工工艺,以及简单的不同规模成本分析,是否可以简单了解未来PEM增效降本的基本路径?
来源:氢眼所见