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莒納科技PEM膜電極已在第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)完成樣品測(cè)試，性能在＜1.9V@2A@60°C的條件下，貴金屬載量大幅降低，成本有望降低30%，預(yù)計(jì)于今年年底正式投產(chǎn)。
2023年下半年，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)將批量化出現(xiàn)綠氫示范項(xiàng)目，電解制氫設(shè)備的關(guān)鍵突破點(diǎn)從“大標(biāo)方”向“耦合綠電”發(fā)展。
PEM電解槽具有輕量化、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、可帶壓運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，能更好與可再生能源耦合。但其規(guī)?；瘧?yīng)用卻面臨著成本高昂、生產(chǎn)工藝受限、壽命缺乏驗(yàn)證三大難題。
PEM電解槽主要由膜電極和雙極板構(gòu)成。其中，膜電極作為電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，占電解槽成本約30%，被稱為電解槽的“心臟”，是直接決定PEM電解槽性能與成本的核心部件。
莒納科技作為專業(yè)的綠氫電極供應(yīng)商，其PEM電解槽膜電極已經(jīng)由第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)完成樣品測(cè)試?；诖呋瘎┎牧衔⒂^結(jié)構(gòu)改進(jìn)和工藝創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了在<1.9V 2V 60°C的性能下，成本有望降低30%的目標(biāo)，并突破了漿料分散和涂布轉(zhuǎn)印工藝，能夠高效、均勻地完成大面積涂布（3000cm2）。
莒納科技PEM膜電極（CCM）
01、貴金屬載量大推高膜電極成本
PEM電解槽在催化劑的使用上更加依賴貴金屬材料。目前陰極催化劑主要為鉑-碳等，負(fù)載為2mg/cm2，陽(yáng)極主要為二氧化銥等，負(fù)載約為6mg/cm2，原材料成本高，替代難度大。
由于催化劑成本占膜電極成本比重大，加之貴金屬成本高昂，成為膜電極成本居高不下的重要原因。
此外，由于銥全球年開采量?jī)H有5-10噸且高度集中于南非。如果銥需求持續(xù)上升，將可能導(dǎo)致價(jià)格飛漲甚至供不應(yīng)求，極大制約了產(chǎn)業(yè)正常發(fā)展。
莒納解決方案：
陰極低鉑，陽(yáng)極低銥，成本下降約30%
催化劑納米結(jié)構(gòu)及成分優(yōu)化提升活性、降低載量。莒納科技陰極催化劑采用自主合成的Pt-過渡金屬合金納米材料，陽(yáng)極催化劑采用自研核殼結(jié)構(gòu)材料，從而增強(qiáng)活性位點(diǎn)協(xié)同作用，提高催化劑有效反應(yīng)活性面積，同時(shí)促進(jìn)電荷傳輸增強(qiáng)導(dǎo)電性，大幅降低鉑、銥負(fù)載量。
陰極原理示意
陽(yáng)極原理示意
通過微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，莒納科技催化劑在保證膜電極性能達(dá)到<1.9V 2A 60°C的前提下：
?陰極Pt載量小于0.2mg/cm2；
?陽(yáng)極IrO?載量小于1mg/cm2；
?膜電極總成本下降約30%。
PEM膜電極同業(yè)對(duì)比
莒納科技研發(fā)人員表示：“未來我們還將在催化劑負(fù)載量上實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)量級(jí)的下降。此外，我們還將配合建立催化劑回收流程、提升電解效率等方式，解決催化劑貴金屬焦慮，系統(tǒng)性地降低PEM電解槽成本?！?/span>
02、制成工藝連續(xù)化受限
催化劑均一性不理想：二氧化銥比重大且沒有載體，在制作漿料過程中易出現(xiàn)聚集及沉降現(xiàn)象，影響了漿料的均一性，從而影響了膜電極的壽命和可涂布面積。因此對(duì)漿料的物料投放順序、預(yù)混時(shí)間、溫度、分散工藝等均有很高要求。
涂布工藝一致性差：對(duì)比燃料電池質(zhì)子膜8-10微米的厚度，電解槽質(zhì)子膜厚度達(dá)到150-200微米，溶脹率高，在涂布時(shí)容易出現(xiàn)溶脹、變形等情況，對(duì)漿料配比、涂布工藝提出了很高要求。
莒納解決方案：
漿料48小時(shí)穩(wěn)定性+連續(xù)涂布工藝保障產(chǎn)品一致性
膜電極在制備過程中，需要完成催化劑合成、漿料制備、CCM制備、封裝等關(guān)鍵工藝，莒納科技在催化劑-漿料-涂布轉(zhuǎn)印三個(gè)層面，體系性地通過工藝創(chuàng)新保障了膜電極的一致性：
?通過組份、溫度等參數(shù)精準(zhǔn)調(diào)控的化學(xué)合成工藝，確保陰、陽(yáng)催化劑材料尺寸均一性和性能穩(wěn)定性；
?通過聯(lián)合分散工藝（攪拌、超聲、剪切、破碎和乳化等），使?jié){料的分散均勻，且穩(wěn)定時(shí)間超過48h，確保后續(xù)連續(xù)涂布均勻性。
?使用大幅寬狹縫涂布機(jī)+熱轉(zhuǎn)印工藝，避免PEM膜溶脹等問題，確保涂層均一性和生產(chǎn)效率，保障了大面積（活性面積大于3000cm2）涂布的良率。
目前，莒納科技的PEM膜電極已經(jīng)由第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)完成樣品測(cè)試。根據(jù)電解槽廠商的測(cè)試數(shù)據(jù)，莒納科技膜電極在載量降低的同時(shí)能夠維持和先進(jìn)PEM電解水膜電極相同水平的性能，滿足工程應(yīng)用的要求。
莒納科技PEM膜電極（CCM）測(cè)試數(shù)據(jù)
未來，莒納科技將繼續(xù)以“技術(shù)創(chuàng)新”為引領(lǐng)，突破綠氫電極材料“卡脖子”難題，推動(dòng)綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)?；M(jìn)程。
