日本 NEDO电解水技术路线（转载）

为推动构筑氢能社会，降低氢气成本势在必行。目前碱性和质子交换膜电解水技术已开始商业化应用，但制氢成本仍较高。为进一步降低成本，需提高耐用性和效率等性能，并研发新技术。

NEDO调研了电解水相关政策和技术动向，梳理了未来需解决的技术发展问题，据此制定了日本电解水技术发展路线图，包括总体发展目标和各类技术的具体发展方向。

本文介绍了路线图中的总体发展目标，日本计划通过进口和国内生产两方面供应清洁氢，助力2050年碳中和目标的实现，氢能应用领域包括发电、工业、建筑、交通等。在降本方面，2030年和2050年目标分别是30日元/Nm3、20日元/Nm3。

碱性电解水技术在常规负荷下已被广泛应用，但未来随着可再生能源的大规模引入，需明确劣化机制（已知如启停时产生的反向电流会导致电极劣化，但仍有许多未解之处），同时开发新材料以提高其耐久性和对可变负荷的适应性。

为提高耐久性、降低成本，NEDO制定了如下碱性电解水技术发展路线图，阐明不同条件下的劣化机制和开发基础技术，同时降低高成本材料使用量，并致力于开发创新型催化剂和电极材料。

与碱性电解水制氢技术相比，质子交换膜电解水制氢技术具有可在高电流密度下运行、波动响应性能优越等优势，但因贵金属的使用，其设备成本相对较高。且阳极催化剂Ir是一种非常稀有的贵金属，未来可能成为PEMWE规模化发展瓶颈。

因此，开发减少和消除Ir使用的技术，不仅可以降低成本，也可应对未来材料供应紧缺问题。PEMWE中的贵金属使用并不限于催化剂，受高电位和酸性条件影响，贵金属（如Pt）被用作多孔传输层（PTL）和双极板（BPP）的涂层材料，减少这部分用量也是降低成本的重要手段。

为提高耐久性、降低成本，NEDO制定了如下质子交换膜电解水技术发展路线图，开发基础技术，阐明不同条件下的劣化机制，并对各种性能进行评估和分析；同时开发创新材料，结合基础技术，减少高成本材料使用。

此外，PEMWE与PEMFC结构和部件相似，可利用已积累的研发和生产技术产生协同效应，加速发展。

阴离子交换膜（AEM）电解水制氢技术因兼具碱性（AWE，可避免使用贵金属）和质子交换膜（PEM，可实现高电流密度）电解水制氢技术优势，受到广泛关注。但其技术成熟度仍不高。

在小型系统方面，意大利Enapter公司已推出2.4kW装置；在大型系统方面，美国Verdagy公司宣布正在研发面积为2.85㎡的AEMWE。这两者中，小型AEMWE被认为是PEMWE的演变，Enapter系统采用了类似PEMWE的阴极干式系统，只有阳极一侧有电解液供应；而大型AEMWE被认为是AWE的进化。

NEDO制定的阴离子交换膜电解水技术发展路线图如下。

AEMWE主要使用浓度为1M的碱性溶液作为电解质，低于AWE中电解质浓度，这具有可抑制堆栈中电池短路、通过减少管道中镍用量降低成本等优势。但在纯水运行条件下，电解性能和耐久性会大幅下降。为解决这一挑战，大家对新材料开发寄予厚望。

此外，为适应未来可再生能源的大规模引入，需提高系统耐用性和灵活性，为此与AWE和PEMWE一样，需阐明劣化机制，并开发具有高耐用性和高安全性的阴离子交换膜和其他材料。此外，AEMWE和PEMWE结构相似，借助积累的PEMWE研发和生产技术，可有效促进新技术发展。

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