莒納科技：助力堿性電解槽走進萬A電密時代

在全球能源安全和碳中和背景下，氫能需求爆發，電解槽市場啟動。由于成本優勢，堿性電解槽成為電解水制氫市場的主導力量，以PEM電解槽為主的歐美地區也開始跑步進入堿性電解槽領域。

在面對可再生能源制氫、制加氫一體站等新場景、新需求時，堿性電解槽出現制氫量不足、體積龐大、能耗過高等一系列難題，其主要原因是由于電流密度較低等技術難點長期未得到突破，這也是對比PEM電解槽最主要的性能差距。

在實現持續突破單槽產氫量后，提高電流密度成為堿性電解槽提升性價比優勢、保持對PEM電解槽市場領先的關鍵。打破堿性電解槽電流密度天花板，需要在材料、設計、工藝等多方面入手，其中改進電極是最關鍵的環節之一。

莒納科技是綠氫電極材料與解決方案供應商，聚焦先進電催化材料科技的創新與技術應用，致力于為電解槽企業提供領先的電極產品。1月12日，莒納科技于其成都工廠舉辦產品發布會，宣布其首款堿液電極JA系列正式量產下線，電流密度最高可達11900A/m²，并在現場與寶瀛氣體、中電豐業、國富氫能等企業簽署超千萬訂單。

圖表1 莒納科技堿液電極產品下線發布會

來源：莒納科技

莒納科技萬安級別產品的量產，一方面將助力堿性電解槽進入萬安電密時代，另一方面也說明電解槽產業進入產業分工、協同創新的新階段。上下游企業需要根據新的產業階段，設定新的產品技術目標和產業合作模式，才能真正把握市場發展機遇，推動企業和產業向前發展。

01 超高電密：堿性電解槽的發展創新難題

堿性電解槽成市場主流，大標方“軍備競賽”啟動。2022年全球電解槽市場規模再次翻倍。由于巨大的成本優勢，堿性電解槽占據了國內市場的絕對地位，在一向被認為偏好PEM電解槽的國外市場中也實現了反超。

堿性電解槽新品頻出，而“大標方”成為眾多堿性電解槽新品的最大賣點。單槽產能持續攀升，短短一年內從1000Nm³/h發展到2000Nm³/h，頗有“軍備競賽”之感。

值得注意的是，本輪電解槽熱潮更多解決了企業自身“有無”問題，對于其他環節技術創新關聯較少。

高電密將成堿性電解槽下階段創新重點。在大標方取得階段性成績后，隨著電解設備規模化示范應用和電解槽產業鏈持續完善，堿性電解槽開始面臨新挑戰。

一是新場景下新需求顯現。制加氫一體站、工業大規模制氫等新場景發展提出了小型化、輕量化、長壽命、易維修等要求。

以制加氫一體站為例，有加氫站企業向氫云鏈表示：“2023年制加氫一體站將會大量出現，對電解槽的體積、重量就提出了新要求。”

二是PEM電解槽的競爭。隨著產業鏈逐漸形成、產能逐步建立，國內PEM電解槽成本將在技術進步和規模效應的疊加作用下快速下降，目前價格高于堿槽5-7倍的情況將得到明顯改善，性價比大幅提升，同時PEM的單槽產能也在持續突破。

在成本優勢大幅下降時，堿性電解槽性能方面的劣勢將被放大，市場競爭的關鍵將可能從價格向性價比轉變。有電解槽廠商向氫云鏈說道：“在未來看得見的5年里，堿性電解槽成本將下降一半，PEM電解槽則降至目前堿性電解槽的價格。價格和單槽產能等方面差距的縮小肯定會對堿性電解槽形成沖擊，堿槽必須實現性能上的提升，才能維持市場競爭力。”

堿性電解槽必須突破小型化、輕量化等新場景需求，并縮小乃至趕超與PEM槽在性能上的差距。

關鍵在于提升電流密度。電流密度是目前堿性電解槽與PEM電解槽最主要的性能差距之一。目前國內堿性電解槽的電流密度基本在5000A/m²以下，對比PEM電解槽動輒10000A/m²以上的電密達到3-7倍差距。堿性電解槽體積龐大、重量過高、能耗高等待突破難題同樣與較低的電流密度息息相關。

部分堿性電解槽廠商已開始致力于提高電密并取得一定的成績，但距離PEM槽萬安級電密仍有相當距離。

02 莒納科技助力堿性電解槽進入萬A電流密度時代

提高電密方法包括調整核心材料、優化結構和電極性能等，其中優化電極是最佳路徑之一。

莒納科技JA系列堿液電極通過獨特的催化劑材料設計和創新的負載工藝，實現堿性電解槽電流密度突破萬安大關。

圖表1 莒納科技堿液電極產品

來源：莒納科技

電密提升50%，最高達到11900A/m²。根據電解槽廠商實測數據，JA系列電極可將電解槽電流密度提升50%以上，最高可達11900A/m²，媲美PEM電解槽。

電耗降低10-20%，最低可至3.66kwh/Nm³·H?。JA系列電極通過降低析氫、析氧過電位和電極接觸電阻，使小室電壓下降20%，電解效率提升至近80%，從而降低能耗超10%，直流電耗最低可至3.66kwh/Nm³·H?，實現氫氣生產電耗小于50kwh/kg。

自由定制電極尺寸，尺寸直徑可達1.9m。為滿足堿性電解槽的結構創新需求，除了鎳網、泡沫鎳等基材可選外，莒納科技還能夠根據槽商實際需求定制電極形狀，尺寸可在100-1900mm直接內調整，厚度調整范圍是0.2mm-5.0mm。

圖3 莒納科技工廠投產

來源：莒納科技

2022年12月，莒納科技成都工廠正式投產，開啟交付。數家電解槽廠商對莒納科技的量產產品進行了測試，圖4為電解槽廠商的實測數據。

其中中電豐業是最早一批參與莒納科技產品測試的槽商。其負責人表示：“莒納科技電極所表現出的優異性能讓我們意識到電解槽即將進入萬安電密的時代。這意味著堿性電解槽可以與PEM電解槽相媲美，對于產業而言是非常重要的事情。我們希望通過與莒納科技這樣新晉的專業配套商合作，發揮其高效率低成本的產品優勢，一同爭取更為廣闊的市場。”

圖4 槽商對莒納科技電極產品的實測數據

來源：莒納科技

莒納科技JA系列電極的高電密、低電耗特性可幫助解決電解槽的多個難題。

1）推高單槽產能

在電解小室不變情況下，電流密度提升可以直接提升電解槽功率，實現產氫量的提高，助力電解槽突破3000標方。

2）實現槽體小型化、輕量化

在相同的產氫速率下，電流密度的提升可減少50%以上的小室數量，從而實現槽體體積減少50%以上，滿足更多室內或撬裝需求。

3）降低生產投入、運營成本

生產成本方面，小室數量的減少直接減少50%生產用料，并顯著降低工藝難度，從而降低生產成本，同時還降低了對生產設備和廠房的要求，如槽體長度縮短后，有望不再需要甲類廠房作為生產場所。

運營成本方面，電費是電解制氫的主要成本，電耗下降將顯著降低運營成本——以產氫量1000標方/小時的電解槽為例，若電解槽壽命為10年，生命周期內最高可節省4000萬度！

本次簽約方之一的寶瀛氣體的負責人說道：“作為氣體商，電解制氫的降本增效是我們關注的核心。搭載莒納科技電極的電解制氫系統在效率與能耗上有非常明顯的優勢，有望降低運營成本，提升盈利空間。”

03 協同創新推動電解槽產品發展

在新場景要求下，電解槽出現了一系列新技術難點，電解槽產業需要對原材料、生產工藝、大規模系統集成、電-氫耦合等難點進行突破，這僅依靠槽商難以完成。

產業分工是走向成熟的標致。核心零部件供應商的發展，除了提供更多產品解決方案外，更重要的是提供電解槽行業“水煤電”，承擔突破核心零部件難題重任，讓電解槽廠商回歸本位。

莒納科技就是其中的典型代表。莒納科技通過提供萬安級別的電極產品和定制化的產品服務，解決槽商在電極環節的后顧之憂，讓槽商更加專注于電解槽整體的突破；通過協同創新，加快推動電解槽新技術和新應用難題的解決。莒納科技已經得到了市場的回應，目前已經與寶瀛氣體、中電豐業、國富氫能等多家電解槽企業達成合作協議，訂單已達到千萬級別。

正如國富氫能所言：“此次與莒納科技的合作，讓我們看到了堿液電解槽突破當下性能極限的可能，也意味著電解槽的發展已經進入細分領域。我們希望通過與莒納的合作，共同探索下一代電解槽的最優配置，不僅為雙方企業，也為行業領域，開啟新的篇章。”

不僅僅是萬安電密。在與槽商的積極合作的基礎上，莒納科技的技術人員提出了下一代電解槽的性能目標：

性能達到11900A/m²@2.0V@85°C；

電流密度調節范圍達到1000-11900A/m²；

電密在3000A/m²情況下，直流電耗降低至4.0kWh/Nm³·H?以下。

“采用‘莒納電極+復合隔膜+擴散層+平板結構’的方案有望實現這個目標。”莒納負責人說道。這有利于推動下一代電解槽在性能上實現“高電密-寬負載-低電耗”的全面突破，滿足可再生能源波動性要求、進一步推動電解槽大標方發展、實現電解槽的小型化和輕量化，大幅縮小與PEM電解槽的性能差距，保持堿槽在市場的領先。

這也象征著，電解槽產業已經進入協同創新的新階段，產品技術指標的設計、產業合作的模式都將迎來新變化，進而推動市場新機遇的出現。