聚合物膜：下降绿氢本钱的要害

在现已进入绿氢年代的今日，用“氢”作为绿色动力载体的主意现已并不新鲜，水电解制氢现已存在了两百年。

但是，与石油和天然气等一次动力比较，其本钱较高，约束了其大规模商业运用。当时从碳基动力的改动使绿色氢从头成为人们重视的焦点，尤其是作为一种代替动力载体，用于对电气化具有挑战性的运用，如重型车辆运送和工业。

氢气有可能以经济高效的办法对这些部分进行脱碳，这便是为什么世界各地的首要经济体现已拨出数十亿美元用于开展绿色氢的要害使能技能。〔1〕在欧洲联盟（欧盟）中，当“欧洲绿色协议”的根底使氢成为优先重视焦点时，欧洲工业协会氢欧洲宣告了这一点。方针是到2030年布置80 GW的绿色氢气出产能力。

与此一起，二氧化碳价格的上涨、可再生动力本钱的下降以及电解槽本钱的不断下降，使得绿色氢气越来越简单完成。依据世界动力署的数据，到2030年，低碳氢气的需求量将挨近800万吨/年

电解——迈向低本钱绿色氢气的要害

绿色氢气是经过水电解发生的，水电解是一种将水和可再生动力转化为氢和氧的技能。绿色氢气的出产本钱首要取决于可再生动力的本钱。虽然LCOE明显下降，电解功率进一步进步，但估计这一状况在未来不会改动。第二个最重要的本钱驱动要素是本钱开销：2020年，电解槽体系本钱约为1000美元/千瓦，学习率约为15%，估计到2030年，本钱将下降约60%（见图1）。

本钱开销削减首要是由于组件和体系制作的工业化和自动化（规模经济）以及技能创新。仅催化剂涂层膜就占体系总本钱的约11%。[3]铂负载量的下降和本钱效益膜的开发是下降本钱和开释绿色氢气商场潜力的要害。

图1:1MW电解槽的预期电解槽学习曲线和2020年本钱开销切割

聚合物膜——绿色氢气的本钱和功用驱动要素

膜是电解槽和燃料电池中最重要的本钱和功用驱动要素之一，由于它在整个体系本钱中占有很大比例，并决议了体系的功率、功率密度和寿数。膜的首要作业是传导离子，一起维护体系免受电气短路，但是，原始设备制作商也关怀许多其他要害功用指标，如气体穿插、水办理、尺度稳定性以及化学和机械稳定性。聚合物电解质膜（PEM）一般包含聚合物主链和带负电的离子交流基团。可增加额定的增加剂和增强剂，以进步稳定性和下降气体穿插。

图2：水电解用质子交流膜的作业原理

电解和燃料电池中运用最广泛的膜类别是根据全氟磺酸（PFSA），一种经过四氟乙烯和全氟磺酰乙烯基醚共聚发生的贵重全氟离聚物。出产道路的高度复杂性和中间体的毒性约束了下降本钱的潜力，并减缓了出产能力的扩展。事实上，全球只要少量制作商处理PFSA组成所需的高爆炸性前体。现已拟定了多种战略来下降传统PFSA膜的本钱。

例如，W.L.Gore将PFSA离聚体与本钱较低的聚四氟乙烯（PTFE）混合，这直接削减了PFSA需求，增强了膜，下降了气体穿插。戈尔Select?膜已成为燃料电池的最先进资料，并大规模运用于久负盛名的丰田Mirai轿车。其他几个PFSA膜开发商也采用了相似的“强化”办法，如Chemours（前杜邦）、3M、Solvay和Enginer实验室。或许，能够运用非氟化或部分氟化聚合物来下降出产本钱。示例包含巴拉德电力体系公司的前BAM系列和巴斯夫公司的Celtec?-系列。虽然有许多商用膜技能，但仍然需求低本钱的膜，其功用和耐久性水平与PFSA适当。

绿氢膜商场的切入点

进入绿色氢膜商场需求商场和技能专业知识。技能特长理想地包括不同的范畴，如聚合物制作、化学组成和薄膜加工。因而，绿色氢膜为各种新进入者供给了商场时机：

1.聚合物制作商：各种氟化聚合物和聚烯烃可用作燃料电池和电解槽膜的聚合物主链和增强资料。聚合物要么直接官能化，要么与离聚体混合以发生离子导电性。

2.化学/工程资料参与者：膜或膜前体的制作及其功用化可利用其他（专业）化学出产工艺和工程资料中运用的多种根底设施。

3.薄膜/箔材加工职业：绿色氢膜一般经过溶液浇铸或揉捏出产，以到达微米级的厚度。