AEM制氢技术路线全景拆解：中韩核心差异与竞争力深度复盘

可再生能源与环境领域的国际顶级学术期刊《Energy & Environmental Science》（《能源与环境科学》）2024年4月刊。

一、报告概述

阴离子交换膜（AEM）电解水制氢技术作为第三代制氢技术，因其结合了碱性电解（ALK）的低成本与质子交换膜（PEM）的高动态响应特性，被视为下一代绿氢制备的核心路径。本报告旨在系统梳理中韩两国在AEM核心技术路线上的差异，并重点结合中国领军企业稳石氢能的产业化实践，全面评估AEM技术的市场竞争力与商业化前景。

报告首先对AEM膜材创新与制膜工艺进行系统介绍，随后对中国以稳石氢能为代表的聚芳基哌啶鎓（PAP）、聚芳基吖嗪（PAAz）及氧化锆复合涂层三大技术路线进行深度剖析，对比韩国KRICT与KIER的高分子路线。

在此基础上，报告新增了稳石氢能产业化进展与市场竞争格局的专项分析，并将应用方向从绿氢制备到综合能源进行系统梳理，最终将实验室技术指标与工程化、商业化数据相结合，给出中韩技术融合趋势与产业化路径建议。

可再生能源与环境领域的国际顶级学术期刊《Energy & Environmental Science》（《能源与环境科学》）2024年4月刊。

二、AEM膜材创新与制膜工艺

2.1 AEM膜的核心功能与技术挑战

阴离子交换膜（简称AEM）在电解槽中承担着传导氢氧根离子（OH⁻）、阻隔气体交叉和分隔阴阳极反应区三重核心功能，其性能直接决定制氢效率与系统寿命。因此AEM作为第三代电解水制氢技术的核心组件，正成为全球绿氢产业发展的重要突破口。

2.2 核心材料体系与工艺路径

AEM制膜工艺是集高分子合成、微结构调控和功能化设计于一体的复杂系统工程，其核心在于开发兼具高离子传导性和优异稳定性的膜材料。目前行业主流技术路线包括全碳主链结构、聚芳烃奎宁基和氟型增强膜三大方向：

• 全碳主链结构：通过饱和碳氢键树脂提供稳定的骨架，从根本上规避碱性环境下的降解风险。

• 聚芳烃奎宁基：利用奎宁环酮的刚性结构增强碱性稳定性，提升膜在高温强碱环境下的耐久性。

• 氟型增强膜：引入氟元素提升耐化学腐蚀性，适用于极端工况。

这些材料体系的开发推动了AEM膜在80℃高温、1M KOH强碱环境中保持高离子传导率（>150mS/cm）和低溶胀率（≤2%）的能力。

在生产工艺方面，卷对卷（Roll-to-Roll）连续涂布技术已成为规模化制造的关键。国内厂家已实现幅宽1000mm的AEM膜生产，常规长度达100米；相关产线正迅速落地，连续涂布通过精密张力控制、温度梯度固化和在线缺陷检测等关键技术，确保膜厚均匀性（±2μm）和性能一致性，为大规模商业化应用奠定基础。

2.3 稳石氢能的创新工艺：TB-PIM膜技术

在众多技术路线中，稳石氢能开发的TB-PIM膜（Tröger’s Base Polymers of Intrinsic Microporosity，Tröger碱本征微孔聚合物）代表了行业重大突破。该技术采用具有V型刚性结构的Tröger碱单体进行聚合反应，构建具有本征微孔的高强度聚合物网络。这种独特设计赋予膜材三重优势：

（1）机械性能突破

TB-PIM膜的干膜拉伸强度高达75MPa，延展率达7.6%，远高于行业常规水平（普遍在30-65MPa），使膜材在高压环境下抵抗变形能力显著提升。

（2）离子传导优化

纳米级微孔结构有效吸附碱液，形成高效离子传导通道，在80℃运行环境下离子电导率可达164mS/cm，接近部分PEM膜性能。

（3）化学稳定性提升

独特的分子结构抵抗OH⁻攻击，在80℃、1M KOH环境中经过10,000小时测试，离子交换量损失仅0.8%，解决了传统芳香族聚合物在碱性环境中的降解问题。

2.4“原位生长”催化剂一体化技术

稳石氢能同步开发了”原位生长”催化剂技术，将层状双金属氢氧化物（LDH，镍钴铁合金）与石墨烯复合，直接在膜表面构建有序化高导电、多活性点的催化层。这种一体化设计优化了膜电极界面接触电阻，电流密度在1.8V电压下达1.02A/cm²，系统效率提升15%以上。

2.5 产业化进程

产业化进程上，稳石氢能于2023年底完成TB-PIM膜定型并实现商业化应用，2024年进一步扩大产能。公司投入建设的自主产线一期规划产能10万平米（相当于2GW电解槽需求），成为全球少数具备从膜材料到系统集成完整产业链的AEM技术企业。

三、中国AEM技术路线分析（稳石氢能专利群）

3.1 技术专利概况

稳石氢能自2019年起深耕AEM核心技术，累计持有超过30项核心发明专利和实用新型专利，构建了严密的知识产权护城河。其核心专利群主要围绕三大技术体系展开：

1. 聚芳基哌啶鎓（PAP）体系：解决了传统季铵盐在碱性环境下易发生霍夫曼消除和亲核取代的降解问题，显著提升了膜的化学稳定性。

2. 聚芳基吖嗪（PAAz）体系：通过独特的分子结构设计，实现了高离子电导率与低溶胀率的平衡，为高电流密度运行奠定基础。

3. 氧化锆复合涂层技术：采用双侧功能化设计，增强了膜电极界面结合力，降低了接触电阻，同时提升了抗杂质能力。

3.2 技术路线一：聚芳基哌啶鎓（PAP）体系

PAP体系是中国AEM技术路线的核心支柱。该体系以聚芳基哌啶为聚合物主链，通过哌啶环上的氮原子进行季铵化功能化。相较于传统的聚苯乙烯基或聚醚砜基AEM，PAP主链不含易受OH⁻攻击的苄基位点，从根本上提升了碱性稳定性。稳石氢能在此基础上开发的第三代TB-PIM高强度AEM膜，不仅耐受高浓度碱液，还能在纯水或低浓度碱液工况下保持优异性能，极大拓宽了应用场景。

3.3 技术路线二：聚芳基吖嗪（PAAz）体系

PAAz体系是稳石氢能实现高电流密度突破的关键。吖嗪环具有高度的共轭结构和刚性，使得聚合物链段堆积更加紧密，从而在保持高离子传导通道的同时，有效抑制了膜在水中的过度溶胀。该路线制备的AEM膜在高温（60-80℃）和高碱浓度下，仍能保持机械强度和尺寸稳定性，为兆瓦级大功率电解槽的长期稳定运行提供了材料保障。

3.4 技术路线三：双侧功能化氧化锆复合涂层

针对AEM电解槽中膜与催化剂层界面接触不良、气泡滞留导致的高过电位问题，稳石氢能创新性地开发了双侧功能化氧化锆复合涂层技术。该技术通过在AEM膜两侧原位生长或涂覆纳米氧化锆层，一方面作为亲水通道促进水分子传输和气泡脱附，另一方面作为界面粘结剂增强催化层与膜的附着力。这一界面工程显著降低了电解槽的欧姆极化和传质极化，使系统能耗降至行业领先的4.3 kWh/Nm³。

3.5 中国路线技术特征总结表

四、韩国AEM技术路线分析

4.1 KRICT路线：高分子量聚卡巴唑（PC）体系

HQPC-TMA材料开发研究团队_开发出阴离子交换材料(HQPC-TMA)的韩国化学研究院李章镛博士（左）研究团队。从左至右依次为李章镛博士、金成俊博士、杨硕焕博士生

韩国科学技术研究院（KRICT）在AEM领域采取了独特的高分子量聚卡巴唑（PC）路线。

其代表性材料HQPC-TMA通过季铵化聚卡巴唑主链，展现出极高的机械强度和热稳定性。实验室测试数据显示，该体系在2V电压下可实现高达14.6 A/cm²的电流密度，且在100%负载条件下稳定运行超过2500小时。这一路线的优势在于极端工况下的耐久性，但高分子量PC的合成工艺复杂，量产难度较大，目前主要处于实验室向中试过渡的阶段。

4.2 KIER路线：SEBS嵌段共聚物 + 聚砜/TEMED体系

韩国能源研究所（KIER）则侧重于商业化潜力更高的嵌段共聚物路线。其采用SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）作为柔性骨架，结合聚砜（PSF）提供机械支撑，并通过TEMED交联策略固定功能基团。

这种”刚柔并济”的设计有效解决了单一聚合物难以兼顾高电导率与高机械强度的矛盾。KIER路线在加工性能上优于KRICT路线，更适合卷对卷（Roll-to-Roll）连续化生产，但在高碱环境下的长期化学稳定性仍需进一步验证。

4.3 韩国路线技术特征总结表

五、中韩技术路线差异对比

5.1 主链设计差异

中国路线（以稳石氢能为代表）聚焦于非苄基聚芳杂环（PAP/PAAz），从分子结构源头规避碱性降解风险，强调”本征稳定性”；

韩国KRICT路线则追求超高分子量刚性骨架（聚卡巴唑），以物理强度弥补化学稳定性的潜在不足。两者在设计哲学上存在”化学稳定性优先”与”物理机械性能优先”的分野。

5.2 功能基团与交联策略差异

中国路线倾向于单点功能化与原位复合，如PAP体系的哌啶鎓基团与氧化锆涂层的协同，注重界面一体化；

韩国KIER路线则采用物理共混与化学交联结合的策略（SEBS+PSf+TEMED），通过多组分协同实现性能平衡，工艺容错率较高，但组分间的长期相容性是潜在风险点。

5.3 界面工程差异

中国路线在界面工程上走在前列，稳石氢能的双侧功能化氧化锆涂层是典型的”主动界面设计”，直接针对气泡传质和接触电阻痛点；

韩国路线目前更多依赖于传统的催化剂墨水配方优化和热压工艺，属于”被动界面适配”，在高电流密度下的传质瓶颈可能更为突出。

5.4 性能指标对比

六、竞争力分析

6.1 技术竞争力矩阵：

6.2 中国路线竞争优势

1. 全链条自主可控：从第三代TB-PIM高强度AEM膜、非贵金属催化剂，到膜电极、电堆结构，再到智能控制系统，稳石氢能实现了100%自主研发与制造，彻底摆脱了海外供应链依赖。

2. 工程化验证领先：全球首套单系统1.25MW AEM电解水制氢项目的成功中标与交付，标志着中国AEM技术已从实验室走向大规模工业应用，这是韩国路线目前无法企及的里程碑。

3. 商业化闭环形成：2025年22.4%的市场占有率和2.87亿元营收，以及欧洲客户的复购订单，证明了中国AEM技术不仅在性能上达标，更在经济性和可靠性上赢得了市场认可。

6.3 韩国路线竞争优势

1. 基础材料研究深厚：KRICT在聚卡巴唑等特种高分子材料上的积累，使其在极端工况下的材料理论上限较高，为未来超高电流密度电解槽提供了技术储备。

2. 精细化工艺控制：韩国在精密涂布、热压成型等膜电极制备工艺上具有传统优势，其产品的一致性和良品率在实验室阶段表现优异。

6.4 双方短板与风险表

6.5 产业化与商业化竞争力

在产业化与商业化维度，中国路线已形成压倒性优势。

稳石氢能作为南方电网集团参股企业，拥有强大的央企背书与资源整合能力。其2025年营收同比增速达112.6%，并入选“氢电产业TOP标杆榜”和“光能杯”领军企业，显示出强劲的增长势头。

相比之下，韩国路线仍停留在科研院所的技术孵化阶段，缺乏明确的商业化主体和市场渠道，在产业化竞争力上与中国存在代际差距。

七、发展趋势与建议

7.1 技术融合趋势

未来AEM技术的发展将呈现”中韩优势互补”的融合趋势。中国路线在工程化、系统集成和商业化方面的成功经验，可为韩国路线的产业化提供借鉴；而韩国在特种高分子材料合成与精密加工工艺上的积累，也有助于中国路线进一步突破材料性能上限。双方可能在非贵金属催化剂、高温AEM膜、膜电极界面工程等前沿领域展开合作或竞争。

7.2产业化路径建议表（含时间节点与商业策略）

7.3 关键突破方向

1. 材料端：开发兼具超高离子电导率（>100 mS/cm）与超长寿命（>30000h）的下一代AEM膜，探索新型阳离子基团（如金属有机框架MOF修饰）以进一步提升耐碱性。

2. 系统端：突破5MW级以上单堆设计与制造瓶颈，优化流场结构与热管理，实现多机并联的毫秒级协同控制，满足电网级调峰需求。

3. 应用端：深化”电氢热一体化”多元场景开发，结合稳石氢能SOFC（纯发电效率>60%）、氢内燃机、氢能热泵等产品线，构建完整的氢能综合利用生态。

八、稳石氢能产业化进展与市场竞争格局

8.1 公司概况与核心技术能力

深圳稳石氢能科技有限公司成立于2021年，是南方电网集团参股的国家级高新技术企业。公司专注第三代AEM电解水制氢技术研发、生产与销售，核心团队由国内外院士及海外高层次人才领衔，研发人员占比超70%。

在核心技术能力上，稳石氢能构建了”材料-部件-系统-智能”四位一体的全栈自研体系：

• 核心材料自主：自主研发第三代TB-PIM高强度AEM膜及非贵金属高效催化剂，从源头保障性能与成本优势。

• 关键部件自造：膜电极、电堆结构自主设计与精密制造，确保产品一致性与可靠性。

• 智能系统自开：设备自动化与远程控制系统完全自研，支持无人值守运行与毫秒级动态响应。

• 知识产权护城：累计持有超30项核心发明专利和实用新型专利，覆盖材料配方、结构设计、系统集成全链条。

8.2 市场地位与里程碑项目

• 市场占有率：2025年中国AEM电解槽市场占有率达22.4%，位居行业第一。

• 营收增长：2025年实现营收2.87亿元，同比增速高达112.6%，展现出强劲的商业化爆发力。

• 行业荣誉：荣获2024年国家级创新创业大赛总决赛奖项，入选2026年“氢电产业TOP标杆榜-制氢电解槽设备”及2025年“光能杯”AEM制氢装备领军企业。

在里程碑项目方面：

稳石氢能｜海内外落地案例:

윈스톤 그린수소｜핵심 프로젝트 실적

• 全球功率纪录：2024年9月中标全球首套单系统1.25MW AEM电解水制氢项目，刷新全球同类型项目功率纪录，标志着中国AEM技术迈入兆瓦级工业化时代。

• 欧洲深度商用：2026年7月向荷兰客户交付首批次复购订单。该客户于2024年首次采购，经一年多严苛工况运行验证后追加订单，充分证明了中国AEM设备在海外市场的可靠性与经济性。

8.3 全谱系产品矩阵

稳石氢能已构建覆盖分布式到工业级的全谱系AEM制氢设备矩阵：

产品共性优势：

• 兼容纯水或低浓度碱液，无需高浓度腐蚀性电解液。

• 毫秒级启停与5%-150%宽负荷调节（行业最宽），完美匹配风光波动。

• 可直接制备99.999%超高纯氢，省去后端纯化设备。

8.4商业化进展与渠道布局

商务政策扶持：

稳石氢能建立了极具竞争力的定价体系：0.5Nm³/h售价6万元，2Nm³/h售价20万元，10Nm³/h售价110-150万元，50Nm³/h售价300万元。在氢储能应急电源领域，市场价500万/套，渠道价350万/套，单套毛利超150万元，显示出良好的盈利模型。

战略合作与渠道：

公司已与南方电网集团、招商局集团、三峡集团、中远海运集团等央企巨头建立战略合作，依托央企场景资源快速打开市场。同时，通过欧洲市场的成功复购，验证了海外渠道的可行性，未来将深化全球出海战略。

多元化产品布局：除AEM电解槽外，稳石氢能还布局了SOFC固体氧化物燃料电池（纯发电效率>60%，热电联供>90%，寿命>80000h）、零碳氢内燃机及氢能热泵（80-300°C热能输出），构建了”制-储-用”一体化的氢能生态，为电氢热一体化场景提供全套解决方案。

九、应用方向：从绿氢制备到综合能源

9.1 绿氢规模化制备

AEM膜的核心应用场景首推绿氢制备领域，其技术特性完美契合可再生能源制氢需求。2024-2025年，全球AEM电解槽功率密度显著提升，单槽功率从千瓦级跃升至兆瓦级。稳石氢能于2024年9月中标全球首套单系统1.25MW AEM电解水制氢项目，刷新行业纪录。

在可再生能源适配性方面，AEM技术展现出卓越的动态响应能力。稳石氢能AEM制氢装备负荷范围宽、响应速度快，运行直流能耗可降至4.1kWh/Nm³H₂@1A/cm²，能够跟随光伏发电的日内波动和风电的分钟级变化，实现秒级调节（10%-150%负载范围），平抑电网波动。这一特性使AEM成为风光制氢一体化项目的理想选择，如山西吕梁3MW绿电离网制绿氢加氢一体化示范项目、南方电网1.25MW-AEM电解水项目等均采用AEM技术路线。

9.2 多元化应用场景拓展

除大规模绿氢生产外，AEM膜凭借其模块化设计、快速启停和高纯度制氢优势，在以下领域展现出广泛适用性：

（1）分布式能源场景

撬装式AEM制氢设备可灵活部署于加氢站、加油站，实现现场制氢-加注一体化，避免长途运输成本。

（2）绿色化工合成

为绿氨（NH₃）、绿色甲醇（CH₃OH）生产提供碳中性氢源，稳石氢能已与多家化工企业合作开展示范项目，利用AEM的高纯度氢气（>99.99%）提升合成效率。

（3）储能与电力调峰

利用富余可再生能源制氢储存，在电网高峰时段通过燃料电池发电，实现长周期储能。AEM设备的快速启动特性（<5分钟）优于传统ALK技术（>30分钟），更适合参与电力辅助服务。

（4）高压特种应用

AEM高压电解槽可直接为氢能交通、深海能源等领域提供高压氢源，减少多级压缩环节，系统能效提升12-15%。

（5）航空航天与特种燃料

美国P2H2公司在NASA支持下开发空间站用AEM系统，利用其高可靠性和低压差特性实现在轨制氧与推进剂生产。

随着技术成熟度提升，AEM膜应用场景持续扩展至二氧化碳电还原、氨燃料电池等前沿领域。

AEM膜材的不断突破，将有力支撑新兴电化学系统产业化。

十、结 论

中韩AEM技术路线在材料设计、工程化路径和产业化阶段上呈现出显著差异。

韩国路线在基础材料研究上具有深厚积累，但产业化进程滞后；

中国路线以稳石氢能为代表，凭借PAP/PAAz材料体系、TB-PIM本征微孔创新、双侧界面工程和全栈自研能力，已成功跨越”死亡之谷”，实现了从实验室到兆瓦级工业应用的商业化闭环。

稳石氢能2025年22.4%的市场占有率、2.87亿元营收及欧洲客户复购，充分验证了中国AEM技术的市场竞争力。

其TB-PIM膜技术实现的75MPa干膜拉伸强度、164mS/cm离子电导率及10000小时稳定性验证，结合5%-150%宽负荷、非贵金属催化剂、4.3 kWh/Nm³低能耗等差异化优势，使其在新能源耦合制氢及多元化应用场景中具备显著的竞争优势与商业可行性。

展望未来，随着AEM电解技术持续迭代、产业链成本不断下降以及全球碳中和进程加速推进，中国AEM制氢技术有望在全球绿氢市场中占据更加重要的地位。

建议相关企业加大研发投入、深化产学研合作、加快国际化布局，以把握这一历史性机遇。

中韩两国在AEM领域的技术交流与互补合作，也将为全球氢能产业的可持续发展注入强劲动力。

数据来源与参考资料:

本报告所引用的数据、技术参数及产业信息，主要来源于以下渠道：

（一）企业官方资料

• 稳石氢能TB-PIM膜技术白皮书及产品规格书
• 稳石氢能企业年报及行业展会公开资料
  
• 稳石氢能与南方电网合作信息
• 稳石氢能欧洲复购订单等中标项目信息
  

（二）韩国研究机构公开成果

• 韩国化学研究院（KRICT）李章镛博士团队HQPC-TMA研究资料
• 韩国能源研究所（KIER）SEBS嵌段共聚物相关文献
• 韩国材料研究院（KIMS）公开技术报告
• 韩国科学技术院（KAIST）、浦项工科大学（POSTECH）等机构研究成果

（三）国际学术期刊论文

• 《Energy & Environmental Science》（EES）期刊论文
• 《J. Mater. Chem. A》《ACS Applied Materials & Interfaces》《International Journal of Hydrogen Energy》等核心期刊论文

（四）行业报告与数据库

• IEA（国际能源署）、IRENA（国际可再生能源署）行业报告
• 中国氢能联盟、BNEF（彭博新能源财经）市场分析报告
• 稳石氢能市场占有率及示范项目公开数据

（五）专利与标准

• 稳石氢能AEM相关技术专利群（公众号）
• 韩国AEM相关专利
• 国标（GB）、ISO、IEC等氢能相关标准

（六）其他公开信息

• P2H2、NASA等机构公开资料
• 国际氢能委员会（Hydrogen Council）报告
• 各国氢能政策文件、行业媒体报道及中标项目公告

（七）数据说明
本报告数据来源于上述公开渠道，部分数据因统计口径、时间节点不同可能存在差异。报告内容仅供参考，不构成任何商业决策依据。

编制单位：睿伴RIMMATE

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