如下图所示,对于碱性电解槽而言,设备成本主要由电极、膜片等核心部件的成本驱动。在碱性电解槽电解电堆的成本组成中,超过50%的成本与电极和膜片有关,在碱性电解槽中双极板只占电解电堆成本的一小部分,这是由于碱性电解槽的双极板设计更简单,制造更简单,材料更便宜(镀镍钢),重新设计电极和膜片可降低成本。碱性电解制氢系统的辅机部分,碱液循环以及氢气后外理对成本降低较为重要。

碱性电解水系统成本结构占比解析

1MW碱性电解槽系统成本结构

说明:以上结构拆解为对照PEM的拆解方式,和我们日常一些习惯叫法有不一样的地方,下面对比着实物图面理解。我们一般称作这些部件为极框、主极板、副极板(制备带有催化层)、隔膜、密封件等。

以一套完整的碱性制氢系统为例来看,主要由电解槽主体以及BOP系统构成。

一、BOP包含范围(BOP占整个系统成本的55%左右)

  1. 电源(50%)

  2. 去离子水循环系统(制氢框架)(22%)

  3. 氢气处理(氢气纯化系统)(20%)

  4. 冷却系统(用来热管理电解槽温度)(8%)

说明:模糊处理自来水纯化系统、用于热管理的冰水机系统。以及压缩气体、氮气等系统成本

二、电解槽部分(占整个系统的45%左右)

  1. 多孔传输层(8%)(泡沫镍板、镍丝网等)

    碱性电解水系统成本结构占比解析

    多孔传输层PTL

  2. 结构层(14%)
    一般指极框部分。国内传统做法都是碳钢等机加工而成。极个别厂商有替代做法。

    碱性电解水系统成本结构占比解析

    极框示意图

  3. 小组件(包含密封件以及框架)(4%)
    密封件可以聚四氟乙烯、三元乙丙、氟橡胶、PEEK等材料。结构可以预制成型或者板材冲切等方式成型。

     

    碱性电解水系统成本结构占比解析

    密封垫示意图

  4. 双极板(7%)

    极板是碱性电解槽的支撑组件,起到支撑电极和隔膜以及导电的作用,国内的加工方式一般为:一般采用铸铁金属板、镍板或不锈钢金属板经机加工制成极板,和极框焊接后镀镍而成,因为镍是非消耗性电极,在碱液里面不会腐蚀。乳突结构是支撑副极网、隔膜、输电等作用。在欧美地区一些技术路线已经不使用该类方式了。

碱性电解水系统成本结构占比解析

国内极板结构实物

5.电堆组装和端板(端板、拉紧螺杆、铜排等)10%。

用来固定单元小室,串联成一个电解槽整体的必要构件。

碱性电解水系统成本结构占比解析

端板以及螺杆示意图

6.膜片/膜电极组件(57%)(这部分下面再次展开解析

三、膜片/电极组件

  1. 制备(72%)

    主要是在电极网上(也可以称作PTL层)做催化层涂布,可采用喷涂、热喷涂、化学镀、PVD等等方式,不同方式性能和成本也会有差异。

    碱性电解水系统成本结构占比解析

    催化层制备示意图

  2. 膜片(隔膜)(14%)

    最早的石棉、第二代的PBI、PPS(聚苯硫醚)等、第三代的PPS+无机层涂覆的复合膜等。主要功能是阻气透液。目前石棉膜已经淘汰,另不同类型的膜价格也会有差异。如下图例所示:

    碱性电解水系统成本结构占比解析

    隔膜示意图

  3. 镍基阳极催化层(11%)

    目前碱性电解水的催化剂从科研来说种类繁多,贵金属基的催化剂(Pt,Pd,Au,Ag etc.),非贵金属基的催化剂(Fe,Co,Ni etc.),非金属基的催化剂(碳材料等)。但是目前在大型电解槽中用的催化剂大多是Ni基的,纯镍网或者泡沫镍或者以此为基底喷涂的高活性Ni基催化剂(雷尼镍、活化处理的硫化镍、NiMo合金或者活化处理的NiAl等)。一个电解小室中有两个催化层,一个在阴极,一个在阳极,分布在隔膜的两侧与隔膜直接接触。形状一般与电解槽的形状一致(一般为圆形),其几何面积就等于电解槽的有效面积。
    碱性电解水系统成本结构占比解析
    催化剂和电极网
  4. 镍基阴极催化层(4%)

小结:
由于尽管同为碱性电解水制氢路线,但在技术实现上会有不同,在材料选用、以及结构设计和加工工艺上都有较大的不同,故以上成本结构仅供有限参考。

原文始发于微信公众号(氢眼所见):碱性电解水系统成本结构占比解析

大家好,艾邦氢能源技术网(www.htech360.com)的微信公众号已经开通,主要分享氢燃料电池堆(双极板,质子膜,扩散层,密封胶,催化剂等),储氢罐(碳纤维,环氧树脂,固化剂,缠绕设备,内层塑料及其成型设备,储氢罐,车载供氢系统,阀门),制氢,加氢,氢燃料汽车动力系统等相关的设备,材料,配件,加工工艺的知识。同时分享相关企业信息。欢迎大家识别二维码,并通过公众号二维码加入微信群和通讯录。 艾邦氢能产业链通讯录,目前有2200人加入,如亿华通、清极能源、氢蓝时代、雄韬、氢牛、氢璞、爱德曼、氢晨、喜马拉雅、明天氢能、康明斯、新源动力、巴拉德、现代汽车、神力科技、中船712等等,可以按照标签筛选,请点击下方关键词试试 资料下载:
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

作者 ab, ab