众企夺食碱性电解槽赛道,核心材料来“助攻”!
栏目:行业动态 发布时间:2023-05-14 20:42
碱性电解水制氢是当下制氢市场的主流,其核心生产装置电解槽已吸引多方势力入局卡位,推动碱性电解槽向高产氢量、低能耗、快响应方向进阶。绿氢是氢能应用的终极理想形态,.........

碱性电解水制氢是当下制氢市场的主流,其核心生产装置j9九游会登录入口首页电解槽已吸引多方势力入局卡位,推动碱性电解槽向高产氢量、低能耗、快响应方向进阶。


绿氢是氢能应用的终极理想形态,其生产装置电解槽成为当前氢能产业的发展热点,已经衍生出碱性电解槽(ALK)、质子交换膜(PEM)电解槽、离子交换膜(AEM)电解槽和固体氧化物(SOEC)电解槽等多种技术路线。



其中碱性电解槽在国内有着60多年的发展历史,具备技术相对成熟、结构简单、安全稳定、成本相对低廉等优势,是现阶段的主流应用路线。


随着绿氢项目的爆发式增长及规模化降本需求,碱性电解槽开启了新一轮向高产氢量、低能耗、快响应的发展进阶。


技术升级的背后,碱性电解槽产业链企业要做出哪些努力?核心材料企业如何匹配碱性电解槽的发展需求?当下实际进展如何?
1、电极市场,乾坤未定
一众企业涌进碱液电极市场的根本原因,在于电解水制氢设备广阔的市场前景。






近期龙蟠科技董事长石俊峰公开表示,2022年全国电解槽的出货量是800兆瓦,今年预计将会增长一倍,到1.6吉瓦,预计到2025年的市场总量将会再增长七倍,达到11吉瓦。



市场占比达90%以上的碱性电解槽即将迎来爆发性增长,核心部材碱槽电极的供应商们也已经感受到了市场温度。


“近两年已经明显感觉到市场需求量的增加,去年公司的碱槽电极营收已经达到了三千多万,今年有望再上一个台阶。


”某电极材料供应商透露。


碱性电解槽市场应用的增多带动了电极及材料的销售增长,但也提出了新的要求。



首先是技术升级。


国内碱性电解槽1000 Nm³/h的产品已经趋于成熟,已经陆续有2000 Nm³/h产品推出,向高产氢量、低能耗、快速响应迈进的技术升维战已经打响。

目前市面上普遍3000-4000A/m²的电流密度存在明显劣势,需要持续提升以匹配电解槽的发展。


其次是稳定供应能力,碱槽电极产业链参与企业虽多,但具备量产和稳定供应能力的仍是少数头部企业。


目前国内各地的光伏、水电、风电等可再生能源制备绿氢的项目正在快速增加当中,以考克利尔竞立、华易氢元科技、中集集电、亿利氢田时代、天合元氢、双良新能源、希倍优氢能等为代表的碱性电解槽厂商已经在推进产能扩张布局,对碱槽电极材料的需求将持续增长,对供应商的量产能力也提出了考验。


一言蔽之,目前在碱槽电极市场上,虽然参与方众多、工艺多样、且供应链相对成熟,但由于市场刚刚起步,新入局者较多,且技术和工艺都在完善的路上,所以尚未形成稳定的市场格局。


乾坤未定之下,紧跟市场趋势,持续推进稳定高效的电极产品方是发展根本。


2、众企夺食碱性电解槽赛道
今年1月至今,碱性电解槽领域不断有新品、订单、扩产消息传出。




新品方面,华光环能下线1500Nm3/h碱槽,隆基发布全新一代碱性电解水制氢设备ALK Hi1系列产品,盛氢制氢1000标方碱性电解水制氢成套设备在佛山南海里水成功下线,中集氢能科技1200Nm3/h碱性电解槽发布,中集集电新型轻量化千方电解槽CIMC-GH系列旗舰产品下线。



订单方面,绿萌氢能首套500标方碱性电解槽交付,天合元氢千方电解制氢系统正式交付,瑞麟科技开启国内电解槽出海新浪潮,国富氢能整体撬装式碱性电解水制氢系统正式交付,中电丰业与宝瀛气体、莒纳科技签订碱性制氢成套设备供货及合作协议。



扩产方面,龙蟠科技1GW制氢电解槽项目正式开工,双良电解槽智造基地成功封顶。



众企集体快马加鞭推进碱性电解水制氢装备项目,是基于对电解水制氢设备广阔市场前景的看好。


在3月16日举行的开工仪式现场,龙蟠科技石俊峰董事长表示,2022年全国电解槽的出货量是800兆瓦,今年预计将会增长一倍,到1.6吉瓦,预计到2025年的市场总量将会再增长七倍,达到11吉瓦。



据不完全统计,当前国内已公开消息的碱性电解槽生产企业超34家,除上述12家企业外,还包括考克利尔竞立、派瑞氢能、天津大陆、中电丰业、凯豪达氢能、瀚氢源(HydrogenPro)、华易氢元科技、国富氢能、中国华电、宝武清能、华能集团、亿利洁能、阳光氢能、明阳智能、上海氢器时代、三一氢能、奥扬科技、双良新能源、海德氢能、希倍优氢能、氢氢松松、吉道能源等。




众企夺食之下,预计接下来碱性电解槽赛道竞争将愈发激烈。



3、材料商及发展匹配状况
换句话说,碱性电解槽的技术升级,除了电解槽厂商自身,核心材料起着很重要的作用。




从碱性电解槽材料及成本构成来看,除了双极板、端板、拉紧螺杆等工艺相对简单的机加工件,电极、隔膜、密封垫片等材料的成本占比较高,且工艺相对复杂,企业一般选择外部采购。



面向电解槽的升级发展,以电极、隔膜、密封垫片为代表核心材料也正筹备技术和工艺路线的改进:
•电极也可称为电催化剂,是电化学反应发生的场所,每个电解小室各有一个阴极、阳极电极,主要有镍网喷涂雷尼镍、泡沫镍等形式,在电解槽成本中大约占据30%,也是决定制氢电解槽的制氢效率的根本。




在电极面积一定的情况下,电流密度的大小决定电解槽的气体产生量,因此电流密度是衡量电极性能的主要性能指标,传统碱性电解槽的电流密度仅为3000-4000A/m²。


近期在莒纳科技、辉瑞丝网、保时来、盈锐优创、力炻电极、图灵科创等厂商的努力下,国内碱液电极在电流密度方面进步明显。


今年1月,莒纳科技推出两款JA系列新品—基于镍网的JA-10000M,以及基于泡沫镍的JA-10000F,电流密度最高可达11900A/m²,有望助力碱性电解槽单槽产氢量3000Nm³/h以上;保时来也正在推进其8000A/m²-10000A/m²第四代电极网的研发……
•隔膜方面,在电解槽内隔膜将氢、氧严格地隔离开来,因此隔膜质量的好坏,直接关系到氢、氧气的纯度和电耗。



当前的隔膜产品已经历经了三代发展,“复合隔膜”是业界公认的碱性电解水隔膜材料升级发展方向,具备良好的隔气性、稳定性及低电阻、低能耗。


隔膜生产制造企业主要有东丽(中国)投资有限公司、Agfa-Gevaert Group及碳能科技(北京)有限公司等,其中碳能科技作为国内较早从事复合隔膜研究和生产的企业,已经开发出了第三代复合隔膜产品,面电阻≤0.5Ω·cm²,厚度为500~700μm。



近日,中科院背景博士团队发起成立的中科氢易获得千万级种子轮融资,宣布用于电解水制氢复合隔膜及离子溶剂膜中试产线的搭建,隔膜领域迎来新秀入局。



•密封垫片解决极片与极片之间的绝缘问题,关系到电流效率和安全问题,绝缘性能的好坏一方面影响气体产量和稳定性,另一方面也间接决定了极板和隔膜的使用寿命。



碱性电解槽密封垫片多选用复合聚四氟乙烯材质,国内以氟达氢能为代表的材料商正加紧扩充产能,其2万平方ALK、PEM密封垫片与塑料极框半自动化生产流水线正在建设中。



借力先发优势,碱性电解槽行走在国内绿氢产业发展的前列,是最有望率先实现规模化应用的技术路线。


但其规模化发展仍需突破更大单体产氢量、更低能耗、更快响应速度等关卡。


国内已经初步形成了以电极、隔膜、密封垫片为代表的碱性电解槽核心材料供应商矩阵。


受到下游电解槽的催动,核心材料企业相继推出适配下一代电解槽发展的高性能材料,如万安密级电极、三代复合隔膜、高性能密封材料等,随着这些材料的验证及应用,国内碱性电解槽发展有望再上一个台阶。


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