中科院大连化物所成功开发50千瓦级稀碱AEM电解堆——AEM电解槽测试系统验证需求再升级

一、研究背景：AEM电解水制氢的机遇与挑战

在绿氢制备的多种技术路线中，阴离子交换膜（AEM）电解水制氢因兼具碱性电解水的低成本优势和质子交换膜（PEM）电解水的高电流密度、快速响应特性，被视为下一代绿氢制备的重要方向。然而，传统AEM电解技术多采用1M KOH等高浓度碱性电解质，虽能保证较高的离子电导率，但强碱环境会加速膜材料的化学降解，导致耐碱稳定性差、寿命缩短，成为制约其规模化应用的主要瓶颈。

如何在保持AEM电解水高效率的同时降低碱液浓度、延长系统寿命，是学术界和工业界共同关注的焦点。中国科学院大连化学物理研究所燃料电池研究部邵志刚研究员、俞红梅研究员、赵云研究员团队在这一方向取得重要突破，成功开发出适配0.1M稀碱电解质的大面积膜材料与高性能膜电极制备工艺，并完成了50千瓦级AEM电解堆的组装与全性能测试。

二、技术突破：稀碱体系、大面积膜与高性能膜电极

针对稀碱环境下阴离子交换膜稳定性不足、电极催化效率偏低等关键难题，研究团队开展了系统性攻关。在膜材料研发方面，团队通过分子结构调控与制备工艺优化，开发出具有高离子传导率、耐稀碱腐蚀的大面积阴离子交换膜，有效解决了稀碱体系中膜性能衰减快的核心问题。

在膜电极制备环节，团队创新了催化层负载与界面修饰技术，大幅提升了电极在稀碱环境下的催化活性与稳定性。通过优化催化剂浆料制备工艺，确保活性组分在膜电极中均匀分散，为大面积电堆的一致性和可靠性奠定了基础。

• 🔬 稀碱电解质设计：将KOH浓度从1M降至0.1M，减弱对膜材料的碱性攻击，从源头提升长周期耐碱稳定性
• 🧪 大面积膜材料：开发高离子传导率、耐稀碱腐蚀的阴离子交换膜，适配千瓦级及以上电堆需求
• ⚙️ 高性能膜电极：创新催化层负载与界面修饰技术，提升稀碱环境下的催化活性与稳定性
• 📊 电堆集成优化：完成50 kW级电堆组装，活性面积达1520 cm²，各项指标优于设计预期

三、关键性能数据与对比

基于上述核心技术成果，研究团队完成了50千瓦级AEM电解堆的组装，并在0.1M KOH稀碱电解质条件下开展了全面性能测试。测试结果表明，该电堆在制氢效率、能耗控制与长期稳定性方面均表现优异。

相较于传统浓碱体系电堆，这款稀碱体系电堆不仅降低了设备腐蚀风险和运维复杂度，还简化了电解质配置流程，具备显著的成本优势与产业化应用潜力。

四、产业意义：向万小时级长寿命AEM电解堆迈进

该研究成果标志着我国在稀碱体系AEM电解水规模化电堆技术方面取得重要进展，填补了国内相关技术空白。通过「降碱不减效」的技术路线，AEM电解水制氢有望在保持高效率的同时，进一步降低设备材质要求、延长系统寿命、减少运维成本，从而加速向商业化迈进。

「将KOH浓度从传统的1M降至0.1M，既保持了非贵金属催化剂、低腐蚀性等固有优势，又从根源上提升了长周期耐碱稳定性，为后续开发万小时级长寿命AEM电解堆开辟了新方向。」——研究团队

目前，该技术已在苏州国家实验室加快推进工程化放大。团队成功搭建了国内首条兆瓦级中试产线，开发的百千瓦制氢系统在能效等关键指标上达到国际先进水平，有望为化工、钢铁等高耗能行业的绿色转型提供关键技术支撑。

五、对测试设备的启示与新需求

随着AEM电解水技术从实验室小面积膜电极向千瓦级、兆瓦级电堆迈进，对AEM电解水测试台和AEM电解槽测试系统的验证能力提出了更高要求：

• ⚡ 大功率测试能力：测试平台需支持50 kW及以上电堆的极化曲线、能效和稳定性测试，并具备多通道数据采集能力
• 🧪 稀碱体系兼容性：管路、夹具和传感器需耐受低浓度碱液长期循环，避免腐蚀导致的测量漂移
• 📏 大面积膜电极评估：膜电极测试夹具需适配大面积膜电极（≥1500 cm²），保证电流分布均匀和接触电阻可控
• ⏱️ 长寿命在线监测：万小时级稳定性测试需要实时监测电压、电流、气体纯度、碱液浓度等关键参数
• 🔧 制备工艺一致性：MEA膜电极制备产线、超声喷涂机、超声分散机和搅拌研磨机的工艺稳定性直接决定电堆一致性和良品率

六、结语

中科院大连化物所团队开发的50千瓦级稀碱AEM电解堆，为AEM电解水制氢的规模化应用提供了重要的技术验证。随着兆瓦级中试产线的推进，AEM电解槽将在绿氢制备领域扮演越来越重要的角色。

合肥博格达氢能科技有限公司深耕AEM电解水测试台、AEM电解槽测试系统、膜电极测试夹具、催化剂浆料制备及MEA膜电极制备产线等领域，可为科研团队提供从材料制备到电堆性能验证的全链条氢能测试设备解决方案。如需了解更多技术细节或洽谈合作，欢迎致电186-5600-4662或访问我们的产品中心。

（本文基于公开科研进展整理。）