
碱槽第三代复合隔膜从测试验证阶段开始快速向应用阶段迈进,并且应用面积拾级而上!
在国内碱槽隔膜材料的应用中,第二代PPS隔膜凭借运行稳定、安全、力学性能好、成本低等优点是目前应用主力,占据较大市场份额;第三代复合隔膜则被认为还处于测试验证期。实际上,从近年市场表现看,复合隔膜的应用情况比想象中要快,它正以技术快速迭代、市场规模迅速扩大、应用场景不断扩展,以及入局企业越来越多,成为氢能产业链中一条“精彩纷呈”、极具看点的赛道。
国内复合隔膜发展特点
第二代PPS膜是目前碱性电解槽应用主流,但第三代复合隔膜因为拥有低电阻、高亲水性、高气密性、高安全性、机械强度增强等优势,并且在动态工况下仍能保持稳定,被认为是未来之星。从最新市场动态看,当下复合隔膜的应用趋势其实已经愈发明显。
“PPS隔膜的市场占有率目前应该还是比较高,但复合隔膜的占比确实在快速提升,从2023年开始,我们复合隔膜的出货量一直在攀升,在复合隔膜市场的占有率也在持续的提升。“氢基碳能相关负责人告诉高工氢电,据透露,公司复合隔膜已累计出货量超10万平米,配套1000Nm³/h以上电解槽已超60套,最大应用电解槽单体3000Nm³/h也已投运。
复合隔膜应用走高背后有三大主要因素。其一,国内复合隔膜企业在材料研发、工艺结构上持续优化与创新投入,使复合隔膜已经实现了从“能用“到”好用”的进化。
比如,氢基碳能去年推出Zirmbrane®3D三维复合隔膜,它采用创新的”鸟巢”式三维交织一体化结构,膜层均匀分布于增强纤维交织的立体弹性空间,厚度压缩量高达40%,摩损率仅为常规隔膜的30%,120℃强化碱煮48小时后质量损失率低于0.3%。即使电解槽结构设计不当导致过度压缩,三维复合隔膜仍能保持结构完整和气密性,大幅降低损坏风险。在600μm厚度规格下,该复合隔膜延续高泡点压力(0.3 MPa以上),室温下、30wt.%KOH溶液中面电阻低于0.28Ω·cm²。
其二,当前绿氢产业正朝着大规模、更高运行强度、更低成本的方向发展,复合隔膜各方面趋于契合这一趋势。特别是复合隔膜有很好的气密性和稳定性,能承受较强的压力,可以应对可再生能源发电带来的电流波动,加上国内研发和供应复合隔膜的企业也越来越多,这使氢能项目企业愿意去尝试复合隔膜。
另外,当前国际主流隔膜已经在向第三代复合隔膜演进。欧美市场普遍采用的复合隔膜,并已经过多年项目验证了复合隔膜产品的成熟可靠,这也为国内企业选择这一技术提供了巨大的信心。
不同于第二代PPS隔膜由日本东丽长期占据主要市场份额,在复合隔膜的江湖,国产复合隔膜企业是当前的推广和应用主力,而在这一技术上有先发优势和位于垄断地位的比利时Agfa公司由于价格、尺寸(在国内基本只卖1.2米宽幅以内)等原因,未能打开中国市场。价格方面,现阶段国产复合隔膜的价格在每平米700元-800元,用量和商务条件的不同,价格上存在一定的差异,相比国外品牌复合隔膜产品,大约存在30%以上的优势。
国产复合隔膜在一些项目上已经实现运行且表现不错。一企业透露,搭载其复合隔膜的电解槽运行最久的已经四五年,效果不俗,值得期待。按照这种态势,国产复合隔膜凭借性价比优势和本地化服务优势,在未来进一步拓展市场空间,甚至在全球复合隔膜市场中占据一席之地,都大有希望!
尽管复合隔膜技术取得了显著进展且机会巨大,须指出的是,这一产品仍面临一些技术瓶颈,包括在稳定性方面,复合隔膜在复杂的工作环境中,尤其是在高温、高湿度、强酸碱等极端条件下,其结构和性能的稳定性仍有待提高;机械性能方面,复合隔膜也存在一定的提升空间。再就是,成本问题也是复合隔膜大规模应用的一大阻碍(相对PPS膜明显要贵),如何降低成本,让复合隔膜价格更加亲民,也是复合隔膜企业在面临的一大课题。
哪些企业在布局复合隔膜?
国内布局复合隔膜的企业已经越来越多,代表企业有碳能科技、通微新能源、中科氢易、科新氢材、元泰能材、华厦氢能等多家公司,其中有的企业已经实现一定规模的批量供货,有的正在加快产品的验证测试和产线建设。
碳能科技,在西安建成并投运了国内首条碱性制氢复合隔膜生产线,是国内首家可连续化生产大幅宽复合隔膜的企业(最大幅宽可达2.5米),年产能可达40-60万平方米。公司开发了常规复合隔膜和三维复合隔膜(Zirmbrane®3D)两大系列。日前其三维复合隔膜刚在千方碱性电解槽(ALK)首次开机测试取得圆满成功。
通微新能源,该公司现阶段已建成2米宽幅碱性电解槽复合隔膜生产线,其复合隔膜产品厚度覆盖220μm至500μm。2025年公司凭借卓越的产品性能与高效的运营体系,成功实现复合隔膜的大规模出货。公司Spongi系列复合隔膜,已通过多家龙头电解槽企业测试。
中科氢易,公司成立于2022年,已具备年产30万㎡复合隔膜的生产能力。EHYDRO®PCM系列复合隔膜,具备低电阻、高气密阻隔性以及出色机械稳定性等显著优势,广泛适配于各类电解槽。据悉,中科氢易PCM50复合隔膜,已交付应用于千标方电解槽近20台。PCM200复合隔膜可实现产能5万平方米/年,正在验证中。
科新氢材,是由新能源隔膜领域的龙头企业—星源材质(股票代码:300568)孵化的产业公司,主要研发生产碱性电解水制氢复合隔膜产品。公司复合隔膜生产线已于2024年10月建成,前期产能可达50万平方米,后续产能可根据市场需求扩大至百万平方米。
区别于传统的碱性电解水制氢复合隔膜产品,科新氢材的复合隔膜在提升隔膜的隔气性、机械强度、改善掉粉和降低面电阻等方面做了大量针对性的开发。以其新一代KX500复合隔膜为例(30°C,30%KOH面电阻低于0.19Q·cm²,泡点压力为3+1bar),这款产品采用独特的浆料配方设计,改善隔膜性能,采用独特的隔膜制备工艺,提升隔膜的隔气性和稳定性。其三维立体支撑结构设计,可有效提升隔膜机械强度和稳定性,隔膜表面仅有纳米级微孔,内部微米级多孔结构,隔膜厚度500+50um,幅宽最大可达2.5米。
元泰能材,公司早在2024年就已正式下线首批2.5米大宽幅复合隔膜产品YT-500。YT-500与现有隔膜相比,其纳米级孔道能有效阻隔电解槽内的氢氧交叉,同时亲水性无机粉体提供了高效的离子传输能力,总体实现了电导率提高10%,阻气性提高两个数量级,电解槽能耗降低6.7%。此外,YT-500还具有长寿命、强耐碱、高可靠性,达到了国际领先水平。据悉,该产品已在部分企业的方形槽产品中装机运行,数据表现相当优异。公司复合隔膜产品年产能可达20万平方米,能够满足1GW电解槽装备的需求。
华厦氢能,今年8月,公司首条幅宽2.2米的碱性电解槽专用复合隔膜智能化产线正式建成。该产线专注于1000标方及以上大型碱性电解槽高性能复合隔膜的规模化、智能化生产。
其创新研发的复合隔膜采用新型聚合物基材与纳米涂层工艺,具备优异的安全性、节能性、耐久性。其复合隔膜气体阻隔性能较传统PPS隔膜提升50倍,氢氧交叉渗透率≤0.7%,能够有效杜绝电解制氢过程中氢氧气的混合风险。离子迁移效率提升40%,助力电解槽直流电耗降至每标方氢气4.0 kWh/Nm³以下。特殊材料配方使隔膜在高温强碱环境下的使用寿命延长30%以上。
除了以上材料企业,蓝昆氢能的第三代复合隔膜,具有强离子传导性、高稳定性、高泡点及高气密性;面电阻<0.1Ωcm²,可降低5%-10%的制氢能耗;泡点>1.5bar;具有离子选择功能致密层和强亲水孔道复合结构膜的设计实现低氢渗透。
随着越来越多企业加入复合隔膜市场,以及这一市场的份额逐步扩大,可以预测,未来复合隔膜市场的竞争应该会更加多元化和激烈。
业内之前认为,国内隔膜市场至少在未来五年内仍以PPS隔膜占据主导,直至复合隔膜的稳定性、寿命和成本问题得到解决。在这种竞争驱动下,复合隔膜崛起迎来发展的春天,应该不用那么久。
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