电解水制氢作为生产绿氢的核心技术，是实现全球能源转型和碳中和目标的关键一环。而在商业化推广的道路上，制氢电解槽的寿命与衰减始终是制约其大规模应用和降低平准化氢气成本（LCOH）的最主要瓶颈之一。

目前，主流的电解水制氢技术主要有四种：碱性电解水（ALK）、质子交换膜电解水（PEM）、阴离子交换膜电解水（AEM）和固体氧化物电解水（SOEC）。这四种技术运行原理、材料和工作环境不同，影响电解槽寿命的因素以及相应的解决方案也各不相同。本文主要列举前三者的寿命衰减原因，仅供信息参考，阅读本文前欢迎扫描进群参与讨论。

影响电解槽寿命的因素较为复杂，往往单个因素就会诱发出现多个不利状况，常见的制约部件有隔膜、催化剂以及电极，另外，电解环境也是制约寿命的关键因素，如电压过高、温度过高以及酸/碱性环境。

1. 碱性电解水制氢（ALK）

ALK是目前最成熟的电解水制氢技术，其系统寿命也是最长的。在传统的连续、稳定工况下，其寿命可达 10-20 年。

然而，ALK的劣势在于体积大、相应慢，在当前需要配合风电、光电等波动性可再生能源的动态应用场景下，频繁的启停和功率波动会增加材料受到的物理和化学应力，导致催化剂脱落和隔膜老化加速。

此外，长期浸泡在高温碱液中会导致隔膜力学性能下降，引发老化和穿孔，导致气密性失灵等问题。因此，当前需开发出更耐碱、耐高温的新型复合隔膜；同时，还需增强催化剂与基底的结合力实现电极改性。

碳能科技碱性制氢复合隔膜

2. 质子交换膜电解水制氢（PEM）

PEM 技术具有电流密度高、响应快、动态适应性好的优势。其核心寿命挑战在于酸性环境带来的成本与稳定性的权衡。PEM电解槽常见的制约寿命的因素在于质子交换膜、催化剂以及双极板。

首先，质子交换膜在使用过程中可能会发生机械衰减、化学衰减和热衰减，导致膜的降解失效，机械衰减可以通过规范操作避免，但是后两者是不可逆转的。

其次，阴阳极催化剂（Ir、Pt）在长时间使用后，会发生溶解、剥落、中毒、团聚现象。此外，双极板在高电位、高湿度、富氧富氢的环境中，容易发生氢脆、钝化和腐蚀现象，这些都会影响电解槽的使用寿命。当然，输入功率的波动性、水质不纯、运行异常等也会对寿命产生负面影响。

从连锁效应来讲，组件的腐蚀会产生杂质离子，杂质离子会加速膜的降解和催化剂的失效，进而导致槽压升高，槽压升高又会加快组件腐蚀，最终严重降低电解槽的使用寿命。目前，国内PEM电解槽的寿命尚未经过实际工况的验证，实验室测试在50000h左右。

对于催化剂来说，可以通过增加比表面积和分散度来提升其活性和稳定性，此外，先进的催化剂涂覆技术是解决脱落难题的关键因素；而通过调节质子交换膜至合适的厚度并提高其质子电导率，可达到提升气密性和机械强度的目的；通过优化双极板功能性涂层成分及涂覆技术，则有效延长其寿命。

3. 阴离子交换膜电解水制氢（AEM）

AEM 技术结合了“PEM 的性能 + ALK 的成本”（使用非贵金属和不锈钢/镍部件）。但其核心卡脖子难题在于膜的化学稳定性。目前市面上的 AEM 膜寿命远未达到 ALK 或 PEM 的数万小时水平，这是一个需要从基础高分子化学和材料学上取得基础性突破的问题。

OH⁻作为一种强亲核试剂，在工作温度下会迅速攻击大多数膜材料，导致其高分子链断裂或官能团降解，使得交换容量骤降，机械性能下降，最终导致膜失效。在此过程中，过高的离子交换容量也会引起AEM膜的严重溶胀、脆裂，进而降低其机械性能。因此需平衡好膜上离子交换基团的数量。

当前常见的研究重点在于开发具有更高耐碱性的高分子主链（如聚苯醚、聚苯并咪唑）和高性能官能团，以开发新型膜材料；同时，可采用增强网、交联等技术优化膜结构。

西湖大学孙立成团队开发的一种用于高性能水电解的支化型聚芳基奎宁(PAQ)的稳定阴离子交换膜

来源：艾邦氢科技网综合整理

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书（2020）》预测，2030年中国氢气需求量达3715万吨，2050年达9690万吨。有分析认为，电解水制氢将逐步作为中国氢能供应的主体，在氢能供给结构的占比将在2040、2050年分别达到45%、70%。 因此，在“双碳”背景下，电解水制氢项目成为了市场关注的热点话题。为促进行业信息流通，艾邦建有制氢产业交流群，聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽（隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等）、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游，设备，材料，配件等配套资源，欢迎大家加入