PEM制氢设备工艺和成本简析

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：

1）3人/线（每条线3人）

2）采用30mm后的316不锈钢做端板。

3）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

1）原料：加工好的BP、密封胶、加工好的MEA等。

2）设备：机械手、传送带、丝网印刷机、UV炉、热压机、油压机、测试台

3）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：

1）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）

2）工艺：下料——冲压——化学清洁——清洁——表面等离子处理——成品

3）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：

1）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。

2）设备：涂布机、干燥炉、扫描仪、视觉识别仪（品质检查）、传送带

3）工艺如下：

卷料——催化剂涂布——干燥固化——品质检查——下工序

2.阳极

1）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）

2）设备：涂布机、干燥炉、扫描仪、视觉识别仪（品质检查）、传送带

3）工艺如下：（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

1）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）

2）设备：传送带、热压辊、扫描仪、视觉识别系统（品质检查）

3）工艺如下：

四、粉末冶金制作GDL层

1、原料：铜、不锈钢、钼等多种金属粉末（目前有钛毡、碳毡等路线）

2、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

3、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？

原文始发于微信公众号（氢眼所见）：PEM制氢设备工艺和成本简析