碱性电解槽凭借结构简单、技术成熟度高、安全稳定以及成本相对低廉的优势脱颖而出，成为当下电解水制氢的主流路线。可是，从目前国内超过40余家厂商推出的碱性电解槽产品信息来看，这些产品结构与性能多数大同小异，核心零部件同质化较为严重，成为行业“内卷”的重要影响因素。 从应用角度来看，绿电制氢行业面临着电氢耦合难题亟待破解，导致绿氢项目落地存在很多痛点，因此需要电解槽从技术层面持续升级迭代。高工氢电发现，电极、极板、极框、隔膜、密封垫片等核心零部件企业，均在努力研发高性能产品，助力碱性电解槽破解绿电制氢难题。 电极：技术和工艺都在完善的路上 碱槽电极的生产流程并不复杂，重点在于镍基材、催化材料的选择及涂敷工艺上。目前国内碱性电解槽使用的电极以镍基为主，多以纯镍网、泡沫镍为基材。泡沫镍内部充满大量微孔，相对之下电极比表面积更大。但是泡沫镍韧性相对较差，对电解槽内部设计要求较为苛刻，因此，多数厂家选择以纯镍网作为电极基材。 在催化材料涂敷方面，目前常见的碱性制氢电极是热喷涂、等离子体喷涂以雷尼镍为代表的镍基催化剂。据悉，这种喷涂方式的优点在于能够实现工业化、高效率、低成本制备高性能碱性电解水制氢催化电极。 但是，可再生能源的波动性会引发电解槽内的逆反电流，而且大规模制氢需要大幅度提升电流密度来降低设备投资成本，同时也需要控制高电流密度下的能耗水平。传统的喷涂方式在高电流密度下易产生催化剂脱落的问题，在应对这种新的应用场景时就显得十分乏力。 莒纳科技的碱液电极选用了原位生长结合电沉积法的电极制备路线。该工艺可在镍网基底上通过原位生长方式形成特殊微纳结构，以提高电极的比表面积、暴露更多活性位点；与传统涂层相比，可避免应力失配造成的大面积脱落，获得长久稳定性。其碱液电极JA系列电流密度最高可达11900A/m²。 此外，力炻电极通过热分解的方法，多次的涂覆-转化-烧结的过程，完成混合金属氧化物(MMO)催化涂层的制备，该涂层电极具有过电位低、抗铁离子沉积、高电密运行、寿命稳定等性能优势。该方法可实现对涂层的成分，结构和组织的控制，从而更好地应对电极面临的逆向电流，铁离子，波动负载等挑战。 在电极基材上，有企业提出使用合金镍网来，降低纯镍的使用量。也有企业试图使用贵金属电极材料可提高电流密度与产氢量，大幅削减相同产氢量下电解槽所需的电极面积，节省极板、隔膜、密封圈等成本。 在上述企业外，在制氢电极领域还聚集了保时来、迪诺拉电极、扬州玉峰、德清恒川、盈锐科技、法拉帝新材料等一众新老中外势力，他们也在不断推出创新解决方案，配套材料，帮助电解槽提升性能、降低成本。 极板：乳突与平面孰优孰劣结论未定 极板是碱性制氢电解槽的关键部件之一，由主极板+极框焊接组成，主要起到传导电子、阻隔阴极碱液和阳极碱液的作用。同时极板是碱性制氢电解槽的支撑组件，是整个电解槽中重复量最多的部件，一台1000Nm³/h的电解槽一般需要300块左右的极板。 碱性制氢电解槽所用极板主要分为乳突板和平面板，其中乳突板表面布有球形的凹凸结构，可降低接触电阻并使碱液分布更均匀，实现降低能耗的目的。而平面板则是增加了一组支撑网来进行流道的搭建，支撑网因为材质的不同也会引起重量、成本的增加。但是平板板的接触面积会高于乳凸板电解槽，在同样的隔膜及电极材料下，使用平面板的电解槽电流密度会高于乳凸板电解槽。 此外，乳凸板的形式各不相同，每家企业都需要进行自己模具的开发，虽然说在大量压制的过程中，模具费用会更快的被均摊，但因为目前行业所处的产业化前期阶段，乳突板的成本相对更高。而平面板的问题在于，在焊接支撑网过程中，容易导致极板原有的镀层出现损伤，降低设备寿命。 高工氢电了解到，目前乳突板和平面板都有电解槽企业在用，电解槽企业也会根据使用场景的不同，选择提供乳突板电解槽或者平面板电解槽。两种路线的竞争还要在不同的应用场景中，通过实际效果来一分高下。 据公开信息显示，氢骐科技、青盛能源、孚尔法（江苏）、天津翌嘉、华蔚新能源、瓦思特、宝联重工、章力机械、泰昇机械等企业均有布局生产碱性电解槽极板。 在极框方面，目前应用较多的是传统的碳钢极框，且大部分主极板生产企业同步会自产极框。而氟达氢能、上海斐业、路阳科技等企业正在布局具有减重、缩小体积、无需镀镍加工、不惧电腐蚀等优点的塑料极框，这些极框材料以PTFE（聚四氟乙烯）、PSU（聚砜）等塑料为主，但这些材料在高温、高压下的整体性能仍需进一步验证。 此外，还有企业在电解槽的端压板上进行了创新设计。亨通智能二代电解槽端压板采用椭圆封头结构，相比于普通平板结构两块就接近12吨的端压板，亨通采用椭圆封头结构得端压板，可使电解槽重量大幅降低，同时通过结合对极板结构和电解槽内部的小室流道的优化，亨通2.0电解槽两个端压板的间距只有2.37米。总体下来，1000标方的电解槽只有35吨（通常传统1000标方的电解槽重量要达到50-60吨）。 隔膜：PPS仍是主流，但复合隔膜也开始少量应用 隔膜作为水电解制氢装置的核心组件，直接影响了水电解装置的能耗、气体纯度、电解稳定。尽管，有研究认为第二代隔膜纯PPS纤维织物的亲水性太弱导致电解槽内阻过大能耗高，纤维隔膜孔径过大造成隔膜致密性较差，易高压渗氢等缺点，但因其与碱性电解槽配套工艺成熟，依旧是碱性制氢隔膜市场的绝对主角，目前绝大部分碱性电解槽产品依旧使用的pps隔膜。 为了获得电阻较低且亲水性和隔气能力较好的隔膜，产业内外都对复合隔膜给予了厚望。从目前各种测试实验来看，复合隔膜的亲水性、导电性表现更为优异，可有效面对可再生能源发电带来的电流波动问题。 但是，复合隔膜当前电解槽的适配中，也存在着寿命短、易开裂、稳定性差、价格高等缺点，需要生产厂家继续优化和迭代。 高工氢电了解到，尽管复合隔膜性能在圆形槽中还不够稳定，但已在其他一些场景中实现了应用。一位电解槽企业负责人告诉高工氢电，复合隔膜已经在他们的方形电解槽上实现了应用，目前运行效果良好。 密封垫片：苛刻环境推动制造工艺升级 密封垫片作为碱性电解槽密封的主要部件，其兼具密封和绝缘两大作用，在电解槽运行过程中防止气体和液体泄漏以及保证电解小室两个极框之间的绝缘，它的性能好坏直接影响整个制氢系统的安全性、可靠性。 碱性电解槽的工作环境比较苛刻，面临高温高压、强腐蚀等诸多复杂环境的考验，尤其是在电解槽运行过程中反复启停的情况下，由于热胀冷缩容易造成电解槽槽体渗漏，因此对电解槽密封性能提出了极高要求。 现阶段国内常用的电解槽密封垫片上游原材料主要是PTFE， PTFE 再经玻璃纤维、氧化铝、石墨等增强填料填充改性后模压烧结加工形成密封垫片。密封垫片性能的好坏在很大程度上影响电解槽的安全性及使用寿命，压缩回弹性、蠕变松弛性是衡量密封垫片性能的重要指标。 国内提供电解槽密封垫片的企业有奥凯密封件、春环密封件集团、科赛新材、氟达氢能、氢瑞科技、森荣新材料、南京銮华、林炜新材料等。面对激烈的市场价格战，上述企业也立足自身的创新能力，不断推出优秀的密封垫片产品。 如科赛新材独立研发了PTFE改性垫片，其改善了PTFE的某些特性，特别是耐磨耗、硬度、抗照变、自润滑等方面比纯聚四氟乙烯制品有较明显的改善；氟达氢能推出的新型碱性密封垫片，在提高回弹和降低泄露率上实现了快速的进步；氢瑞科技整合了宝苏集团的高分子材料研发及产业化能力，掌握工业级碱性电解槽密封垫片研发生产技术，并提供垫片产品追溯云平台，助力电解水设备实现零部件可追溯管理。 从上述研发情况来看，碱性电解槽不是生产绿氢的过渡产品，而是一个长期具有竞争力的一个产品。在大规模绿电制绿氢的新形势下，碱性电解水制氢设备的性能优化和核心材料部件的革新还有很大空间。