01 堿性水電解技術(ALK)

是指在堿性電解質環(huán)境下進行電解水制氫的過程，電解質一般為30%質量濃度的KOH溶液或者26%質量濃度的NaOH溶液。

較之于其他制氫技術，堿性電解水制氫可以采用非貴金屬催化劑，且電解槽具有15年左右的長使用壽命，因此具有成本上的優(yōu)勢和競爭力。

堿性電解水制氫技術已有數十年的應用經驗，在20世紀中期就實現了工業(yè)化，商業(yè)成熟度高，運行經驗豐富，國內一些關鍵設備主要性能指標均接近于水平，單槽電解制氫量大，易適用于電網電解制氫。但是，該技術使用的電解質是強堿，具有腐蝕性且石棉隔膜不環(huán)保，具有一定的危害性。

堿性電解水制氫系統主要包括堿性電解槽主體和輔助系統(BOP)。

堿性電解槽主體由端壓板、密封墊、極板、電板、隔膜等零部件組裝而成，電解槽包括數十甚至上百個電解小室，由螺桿和端板把這些電解小室壓在一起形成圓柱狀或正方形，每個電解小室以相鄰的2個極板為分界，包括正負雙極板、陽極電極、隔膜、密封墊圈、陰極電極6個部分。

 堿性電解槽主要成本構成為：電解電堆組件45%和系統輔機55%；

02 陽離子/質子交換膜水電解技術(PEM)

該技術是指使用質子（陽離子）交換膜作為固體電解質替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(30%的氫氧化鉀溶液或26%氫氧化鈉溶液)，并使用純水作為電解水制氫原料的制氫過程。

和堿性電解水制氫技術相比，PEM電解水制氫技術具有電流密度大、氫氣純度高、響應速度快等優(yōu)點，并且，PEM電解水制氫技術工作效率更高，易于與可再生能源消納相結合，是目前電解水制氫的理想方案。

但是由于PEM電解槽需要在強酸性和高氧化性的工作環(huán)境下運行，因此設備需要使用含貴金屬(鉑、銥) 的電催化劑和特殊膜材料，導致成本過高，使用壽命也不如堿性電解水制氫技術。

目前，我國的PEM電解槽發(fā)展和國外水平仍然存在一定差距，國內生產的PEM電解槽單槽最大制氫規(guī)模大約在260標方/小時，而國外生產的PEM電解槽單槽最大制氫規(guī)模可以達到500標方/小時。

PEM電解水制氫系統由PEM電解槽和輔助系統(BOP)組成。

PEM電解槽由質子交換膜、催化劑、氣體擴散層和雙極板等零部件組裝而成。電解槽的最基本組成單位是電解池，一個 PEM電解槽包含數十至上百個電解池。

質子交換膜電解槽成本中45%是電解電堆、55%是系統輔機；其中電解電堆成本中53%是雙極板；膜電極成本由金屬Pt、金屬Ir和制備成本四要素組成。

由于PEM電解槽的質子交換膜需要150-200微米，在加工的過程中更容易發(fā)生腫脹和變形，膜的溶脹率更高，加工難度更大，主要依賴于國外產品。

【依據行業(yè)內多家主流廠商的數據分析，PEM電解槽的2025年及2030年的主要技術參數和投資水平如下：】

03 固體氧化物水電解技術(SOEC)

SOEC使用固態(tài)陶瓷作為電解質，需要在500~1000℃的高溫下反應，動力學上的優(yōu)勢使其可以達到或接近100%的轉換效率，使用的催化劑不依賴于貴重金屬。

SOEC電解槽進料為水蒸氣，若添加二氧化碳后，則可生成合成氣(氫氣和一氧化碳的混合物)，再進一步生產合成燃料 (如柴油、航空燃油)。因此SOEC技術有望被廣泛應用于二氧化碳回收、燃料生產和化學合成品，這是歐盟近年來的研發(fā)重點。

雖然該技術制氫過程電化學性能顯著提升，效率更高。但目前以下缺陷都制約著該技術的應用場景選擇與大規(guī)模推廣:

①電極的機械性能在高溫下不夠穩(wěn)定；

②高溫還會導致電解槽中玻璃—陶瓷密封材料壽命縮短；

③在與波動性高、輸出不穩(wěn)定的可再生能源電力匹配方面，高溫反應條件的升溫速率也亟待突破。

04 陰離子交換膜電解水技術(AEM)

AEM是較為新興的電解水制氫技術，尚處于研發(fā)階段。備受關注的原因是其采用陰離子交換膜作為電解質，將ALK的低成本和PEM簡單、高效的優(yōu)點相融合。

現階段的研究重點陰離子交換膜材料開發(fā)和機理研究，主要以國外大學，國家實驗室等科研機構主導（如Northeastern University, Los Alamos, University Oregon, Georgia Tech等）。

其與PEM的根本區(qū)別在于將膜的交換離子由質子換為氫氧根離子。氫氧根離子的相對分子質量是質子的17倍，這使得其遷移速度比質子慢得多。

AEM的優(yōu)勢是不存在金屬陽離子，不會產生碳酸鹽沉淀堵塞制氫系統。AEM中使用的電極和催化劑是鎳、鈷、鐵等非貴金屬材料，且產氫的純度高、氣密性好、系統響應快速，與目前可再生能源發(fā)電的特性十分匹配。

但AEM膜的機械穩(wěn)定性不高，AEM中電極結構和催化劑動力學需要優(yōu)化。AEM電解水技術處于千瓦級的發(fā)展階段，在全球范圍內，一些研究組織/機構正在致力于AEM水電解槽的開發(fā)，為了擴大這項技術的商業(yè)應用，仍然需要一些創(chuàng)新與改進。

【根據IEA披露的數據，截至2022年底，全球電解水制氫裝機容量達700MW， ALK制氫，占比近60%，其次是PEM電解制氫，占比超30%，其他電解制氫方式占比較低】

針對前面四種應用廣泛的電解水制氫技術路線的技術成熟度，技術難點及未來突破的方向、適用的場景，制造和運行的成本，未勢能源逐一詳細分析對比了個技術路線的優(yōu)勢和劣勢，總結如下：