PEM電解水制氫，也就是質(zhì)子交換膜水電解制氫，是指使用質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)，并使用純水作為電解水制氫的原料的制氫過程。電解槽是制氫設(shè)備的核心單元，是水電解制氫氧的主要設(shè)備，在槽體內(nèi)充入電解液，在直流電的作用下使水發(fā)生分解，在陰極表面產(chǎn)生氫氣，陽極表面產(chǎn)生氧氣。

技術(shù)簡介

1.PEM技術(shù)簡介

水電解制氫主要發(fā)生場所為電解槽，電解槽將水在直流電的作用下電解成氫氣和氧氣。電解槽的每個電解小室分為陽極小室和陰極小室，陰極小室產(chǎn)生氫氣，陽極小室產(chǎn)生氧氣。

目前市場對電解槽的主流性能要求為氫氣純度高，能耗低，結(jié)構(gòu)簡單、制造維修方便便宜且使用壽命長，材料的利用率高。電解槽主要部件和材料包括電極、隔膜和電解液，其中電極主要由金屬材料構(gòu)成，約占電解槽成本的57%。

1.1技術(shù)對比

主流的電解水制氫技術(shù)包括堿性水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜電解（PEM）、高溫固體氧化物電解（SOEC）以及固體聚合物陰離子交換膜電解（AEM）四種。

在我國，ALK水電解技術(shù)已經(jīng)完成商業(yè)化，產(chǎn)業(yè)鏈整體比較成熟，PEM技術(shù)目前處于商業(yè)化初期，受益于各地政策規(guī)劃，未來行業(yè)規(guī)模與產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化趨勢有望進(jìn)一步加強(qiáng)；SOEC與AEM技術(shù)目前大部分處于研發(fā)與示范階段，僅有少量產(chǎn)品試點(diǎn)商業(yè)化。

電解制氫技術(shù)路線對比

1.2.結(jié)構(gòu)

PEM水電解槽主要部件由內(nèi)到外依次是質(zhì)子交換膜、催化劑層、氣體擴(kuò)散層、雙極板，其中擴(kuò)散層、催化層與質(zhì)子交換膜組成膜電極（MEA），是整個水電解槽物料傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)的主場所，膜電極特性與結(jié)構(gòu)直接影響PEM電解槽的性能和壽命。

電解槽的主要組成部分

鉑、鈦、銥等貴金屬成為PEM電解槽擴(kuò)產(chǎn)的主要瓶頸，降低貴金屬使用率或開發(fā)替代材料是PEM電解槽的降低成本的未來發(fā)展趨勢。電解水制氫的成本主要取決于電力成本、電解槽投資成本和運(yùn)行負(fù)荷，其中電力成本對電解水制氫的敏感性影響最高，占60%～70%。隨著電力成本下降，設(shè)備投資成本的占比逐漸增加。電解槽作為整個系統(tǒng)的核心，其成本占系統(tǒng)成本的45%。其中雙極板占電堆成本的50%以上，膜電極成本約占1/4，其中貴金屬約占系統(tǒng)成本的10%。未來PEM電解槽的擴(kuò)產(chǎn)瓶頸可能不僅取決于貴金屬的高成本，而是其供應(yīng)可用性，因此需要盡量降低貴金屬的使用量或開發(fā)替代材料。

市場規(guī)模及主要玩家

1.市場規(guī)模

目前我國制氫電解槽市場中，堿性電解槽占據(jù)主要市場，約90%，PEM電解槽占10%左右，AEM和SOEC目前仍在實(shí)驗(yàn)室階段，商業(yè)化程度較低。

目前歐洲堿性電解槽和PEM電解槽的市場占比基本持平，未來中國電解槽市場PEM占有率將逐漸上升，原因有：

1）國內(nèi)的堿性電解槽和國外開始時間基本一致，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有20年時間了，目前的技術(shù)路線比較穩(wěn)定，行業(yè)人的門檻不高，目前能改進(jìn)的點(diǎn)在于可再生發(fā)電的適應(yīng)性和安全性的提升，產(chǎn)品的降本空間和性能空間提升都不太大。而PEM對于國內(nèi)來講是最近兩三年剛開始發(fā)展的技術(shù)，研究能力和產(chǎn)品能力都比較低，大家還在起步研發(fā)階段。

2）歐洲的堿性電解槽沒有比國內(nèi)發(fā)展的更早、更好，他的降本沒有國內(nèi)做的那么狠；同時，歐洲的國家在能源政策上會更加傾向于使用更適合風(fēng)光儲能的PEM路線，PEM啟停速度快，由于政策的支持加上多年P(guān)EM的研發(fā)，PEM產(chǎn)品的成本降下來了，和堿性電解槽的成本差距不大，性能和耐久性等也和堿性有一定的競爭力。

3）整體來看，國內(nèi)相比于歐洲，PEM技術(shù)路線還有3年左右的技術(shù)差距，根據(jù)市場規(guī)律，在國內(nèi)PEM產(chǎn)品研發(fā)和風(fēng)光儲能項(xiàng)目發(fā)展下，未來PEM產(chǎn)品市場占有率逐步上升是可預(yù)見的事。

2.主要玩家

GGII數(shù)據(jù)顯示，2023年中國PEM電解水制氫裝備出貨量有望達(dá)到0.08GW，到2030年增長至19GW，年均復(fù)合增長率為124%。隨著PEM 電解槽出貨量的增長，以及技術(shù)提升、工藝優(yōu)化、降本帶來的市場應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，預(yù)計2025年P(guān)EM電解槽膜電極市場規(guī)模將超7億元，到2030年將超110億元。目前國內(nèi)市場可以提供PEM制氫膜電極產(chǎn)品的企業(yè)已超十余家，大多數(shù)產(chǎn)品仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，整體市場趨勢如下：

1）性能和成本有待繼續(xù)研發(fā)和改進(jìn)。目前我國PEM產(chǎn)品并不成熟，成本保持在堿性電解槽的3-5倍，電流密度和壽命等核心指標(biāo)還未達(dá)到先進(jìn)程度。未來，性能更優(yōu)、成本更低、產(chǎn)線量產(chǎn)能力更強(qiáng)的企業(yè)將會成為市場競爭的贏家。

2）渠道和客戶能力是競爭的關(guān)鍵。制氫產(chǎn)業(yè)極度依賴產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)系，已成熟量產(chǎn)的企業(yè)基本都與國內(nèi)風(fēng)光儲企業(yè)有股權(quán)或業(yè)務(wù)聯(lián)系，自主創(chuàng)業(yè)企業(yè)也在不斷地與下游合作爭取訂單。