一、碱性制氢技术简介

目前已经实现商业化的电解水制氢技术主要有两种，分别是碱性水电解（ALK）和质子交换膜电解（PEM）。

其中碱性电解水制氢商业化更为成熟，产业链配套相对齐全，成本相对更低。

碱性电解水制氢就是指在碱性电解质环境下进行电解水制氢的过程，电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或者26%质量浓度的NaOH溶液。

碱性电解水制氢系统主要包括碱性制氢电解槽主体和BOP辅助系统。而碱性制氢电解槽主体是由端压板、密封垫、极板、电极、隔膜等零部件组装而成。

碱性制氢电解槽结构示意图

二、碱性制氢隔膜的作用及性能要求

碱性电解槽在电解过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气，隔膜的主要作用就是阻止氢气和氧气混合。

适用于碱性电解槽的隔膜应具备以下要求：

• 保证氢气和氧气分子不能通过隔膜，但允许电解液离子通过；
• 能够耐高浓度碱液的腐蚀；
• 具有较好的机械强度，能够长时间承受电解液和生成气体的冲击，隔膜结构不被破坏；
• 为了降低电能损耗，隔膜必须要有较小的面电阻，因此隔膜孔隙率要尽可能高；
• 在电解温度和碱液条件下隔膜能够保持化学稳定；
• 原料易得、无毒、无污染，废弃物易处理。

另外，隔膜出厂供货时会有一些技术要求，如：

• 隔膜不得有破孔、褶皱以及针刺缺陷；
• 隔膜表面应平整，不允许有缺经、缺纬、断经、断纬、横档稀档)、吊边疵布边缺肉)、粗经、粗纬、双纬、跳花、布边紧抽等织造缺陷；
• 表面应洁净，不允许粘有油污、锈渍及其它杂物；
• 不允许出现人工修补的现象。

   

碱性制氢电解槽，瑞麟科技

三、碱性制氢隔膜发展史及供应商

碱性制氢隔膜经历了三代发展，第一代是石棉隔膜，现已被淘汰；第二代是PPS隔膜，是目前应用主流；第三代是复合隔膜，正在兴起，行业普遍认为是未来趋势。

1、石棉隔膜（已被淘汰）

最早的碱性制氢隔膜是用石棉纤维做的，其主要成分是水合硅酸镁，优点是亲水性能极佳，还能够抑止氢氧根离子的反向扩散，非常好地满足碱性水电解隔膜的性能要求。

但是，石棉是一级致癌物，这一点导致它彻底退出制氢市场。截至2019年，包括中国在内的66个国家已全面禁止使用石棉以及相关的产品。

除此之外，石棉隔膜也并非没有缺点，其在高电流负荷下，会在碱性电解液中严重溶胀。这时，隔膜的力学强度就会下降，使用寿命会缩短，电流效率也明显衰退。

而且，由于石棉材料的限制， 电解液温度须控制在 90 °C以下， 当电解液温度超过 90°C时， 石棉隔膜的腐蚀加剧， 从而对电解液造成污染， 影响其使用寿命， 所以很难通过提高溶液温度的方法来提高电解槽的效率。

石棉，图源自网络

2、PPS隔膜

PPS隔膜，又叫PPS织物隔膜，是PPS纤维经过机织、水刺等工艺制备而成的隔膜布。PPS（聚苯硫醚）是一种高性能的特种工程塑料，能在碱液条件和高温条件下保持性能稳定，因此被用来制备碱性制氢隔膜。

在制备工艺方面，PPS隔膜有分短纤维和长丝两条生产路线。据行业人介绍，目前东丽的是长丝，国内大部分厂商是短纤维。

同样，PPS隔膜也不是完美的，它的缺点在于亲水性太弱。亲水性不好，会导致隔膜布不能被电解液充分润湿，隔膜的离子通过性变差，进一步地，隔膜电阻大，最终使得电解槽电解效率低，极大浪费了电力能源。

碱性制氢隔膜，天津凯瑞

亲水型PPS隔膜，天津津纶

PPS制氢隔膜，德阳科吉

据统计，目前做PPS布或原材料的厂家有：

• 东丽纤维研究所（中国）有限公司
• 天津凯瑞科技有限公司
• 天津津纶新材料科技有限公司
• 浙江正本新材料有限公司
• 绍兴超然纺织有限公司
• 苏州纳磐新材料科技有限公司
• 德阳科吉高新材料有限责任公司
• 四川中科兴业高新材料有限公司
• 海宁昱品环保材料有限公司

3、复合隔膜

前面提到，PPS隔膜会有亲水性不好的问题，那么，改善它的亲水性，比如在PPS布的基础上涂覆氧化锆等陶瓷涂层，就是第三代复合隔膜。

换句话来理解，复合隔膜=聚合物基底+陶瓷涂层。其中，基底一般采用PPS网布，少数会采用聚砜、聚醚醚酮薄膜。

据了解，碱性制氢复合隔膜目前做得最好的是比利时AGFA爱发克，但售卖价格并不便宜，国内也不太好卖得到爱发克的复合隔膜。而国产复合隔膜正在导入应用，涂层脱落、使用寿命短等不良问题仍需攻克。

碳能科技制氢复合隔膜

刻沃刻K300和K500量产型复合隔膜

据统计，目前碱性制氢复合隔膜的供应商主要有：

• 比利时AGFA爱克发（Zirfon）
• 碳能科技（北京）有限公司
• 深圳通微新能源科技有限公司
• 中山市刻沃刻科技有限公司
• 宁波中科氢易膜科技有限公司
• 睿得新材料科技（常州）有限公司
• 深圳市氢年时代科技有限公司

四、结语

2022年，中国电解槽出货量在800MW左右，绝大部分都是碱性制氢。基于以往市场数据，多家第三方机构预测，到2030年，国内制氢隔膜市场规模将超200亿元。

可见碱性制氢隔膜的市场非常有前景，相应的，碱性制氢电解槽厂商也有更多的发展机会，如：考克利尔竞立、天津大陆制氢、中船(邯郸)派瑞氢能、扬州中电制氢、苏州绿萌氢能、中电丰业、国富氢能、深圳瑞麟科技、阳光氢能、隆基氢能、凯豪达、希倍优、温州高企氢能、湖南氢氢松松、奥扬科技、天合元氢、明阳智能、上海氢器时代等等。

来源：艾邦氢科技网综合整理，转载请注明来源

原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：PPS新能源应用热点：碱性制氢隔膜性能要求及主要供应商