PEM电解槽组装流程和生产工艺流程

1）每条装配线配置3名操作员。

2）端板材料选用厚度为30毫米的316不锈钢，这种材料因其耐腐蚀性和强度而广泛用于工业应用。

3）在组装膜电极组件（MEA）时，使用PPS-40GF（一种增强型聚苯硫醚塑料）作为粘结剂，以确保组件的稳定性和耐用性。紧固过程中，可以采用压缩带或拉杆来实现对MEA的牢固固定。

1、加工流程简述

1）准备原材料：包括已经加工完成的流场板（BP）、密封胶、以及已经加工好的膜电极组件（MEA）等。

2）使用设备：装配线配备了机械手、传送带、丝网印刷机、紫外线（UV）固化炉、热压机、油压机以及测试台等关键设备。

3）执行工艺流程：首先将流场板（BP）放置到位——利用丝网印刷机在BP上印刷密封胶——将MEA放置到涂有密封胶的BP上——再次印刷密封胶以覆盖MEA——通过UV固化炉进行固化处理——由三名操作员手工将组件堆叠并送入热压机进行热压——在油压机中进行压紧操作——最后安装外壳及其他固定件——完成装配后进行调整和测试，确保产品质量。

2、不同规模下成本测算

二、PEM BP 生产流程

1.加工流程简述：

1）原材料准备：选用经过氮化处理以增强表面硬度的316不锈钢卷材，目前也有许多生产过程中选择使用钛板。

2）生产工艺流程：首先进行材料的下料——随后进行冲压成型——接着进行化学清洁处理——然后进行二次清洁以确保材料表面无残留——之后进行表面等离子处理以进一步改善材料表面特性——最终形成成品。

3）生产所需设备：包括冲切下料机用于材料的初步切割、冲压模具用于成型、等离子渗氮炉用于进行氮化处理、化学清洗池用于去除材料表面的油污和杂质、以及普通清洁池用于最终清洁确保材料表面达到所需标准。

2.不同功率电解槽的成本分析：

三、MEA的生产

1.阴极：

1）原材料准备：采用带有保护层的PEM膜和铂催化剂浆料。目前，水电解制氢领域广泛使用的PEM多为全氟磺酸膜，这类膜的制备工艺较为复杂，市场长期被美国和日本企业所主导。例如，科慕公司的Nafion™系列、陶氏化学的XUS-B204膜、旭硝子的Flemion®膜、以及旭化成的Aciplex®-S膜等。特别是科慕的Nafion™系列膜，因其低电子阻抗、高质子传导性、优异的化学稳定性和机械稳定性，以及良好的防气体渗透性能，成为电解制氢领域首选的质子交换膜。

2）生产所需设备：包括涂布机用于均匀涂布催化剂浆料、干燥炉用于固化涂布后的膜、扫描仪和视觉识别仪用于进行品质检查、以及传送带用于整个生产流程中材料的输送。

3）生产工艺流程：首先将PEM膜卷料送入生产线——在涂布机上进行催化剂涂布——随后送入干燥炉进行干燥和固化处理——经过品质检查确保产品符合标准——最后将合格的产品送入下一道工序，完成整个生产流程。

2.阳极

1）原材料准备：基层膜，用作承接阳极催化层的基底；阳极催化剂浆料，由DSA（一种导电性支撑材料）和氧化铱、氧化钛等混合物组成。

2）生产所需设备：包括涂布机用于均匀涂布催化剂浆料、干燥炉用于催化层的干燥和固化、扫描仪和视觉识别仪用于进行品质检查、传送带用于材料在生产线中的连续输送。

3）生产工艺流程：初始原料为PET等塑料薄膜，用作承接催化层的基底。首先，PET薄膜卷料被送入生产线——在涂布机上均匀涂布阳极催化剂浆料——随后进入干燥炉进行催化层的干燥和固化处理——通过视觉系统进行品质检查，确保催化层的均匀性和完整性——最后，合格的产品将被送入下一道工序，继续后续的生产流程。

3.CCM合成最终MEA

1）材料：前序工序完成的阴极涂覆层（含PEM膜和催化层）、前序工序加工完成的阳极层（催化层固定于基底膜上）

2）机械：输送带、热压机辊、扫描设备、视觉检测系统（用于质量检验）

3）工艺如下：

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

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:

通过分析PEM制氢技术中关键组件的材料组成、生产工艺流程，以及对不同规模下成本的初步评估，我们能否对PEM技术提高效率和降低成本的潜在途径有一个基本的理解？