人們對PEM電解水寄予厚望，但又缺乏一些信心。寄予厚望是因為比較理想的性能參數(shù)和更美好的未來預期可以滿足一些幻想；缺乏信心是因為居高不下的價格有些讓人望而生畏（尤其在國內(nèi)堿性和PEM價格差異較大的背景下）。實際上我們有必要澄清一些事實，在國外市場PEM大約是堿性的1.5~2.3倍的價格差異，和在國內(nèi)動輒3~5倍的價差有很大的差異。這更多是因為國內(nèi)堿性2000~3000元/KW遠遠低于國外的堿性價格，國外同樣性能的堿性設備大約是國內(nèi)的1.5~2倍之間。之所以存在這樣的現(xiàn)象主要是因為，國內(nèi)的堿性設備由于多年的存在和發(fā)展相對已經(jīng)平價化了，而PEM則較新生，基于本土化設備較稀缺的背景下，國內(nèi)和國外進口的設備價格相對會居高不下。當然無論國內(nèi)外PEM設備都比較昂貴，更多也是基于其現(xiàn)狀特有的材料體系。下面我們先簡單看看全球范圍內(nèi)PEM現(xiàn)狀的一些性能以及未來的期許和重點研發(fā)方向，然后再簡單討論一下關(guān)于其材料體系的降本空間和方向。
下表是來自于IRNEA統(tǒng)計和匯整的報表：
整體看來還是比較有些參考意義的。結(jié)合和對比上一篇的堿性設備的一些相關(guān)數(shù)據(jù)，我們也結(jié)合實際應用場景（比如風電和光伏的變化速率）再來思考一次，什么樣的產(chǎn)品才是適合客戶應用場景的產(chǎn)品（一定不能偏離基于需求的性價比）。另閉眼想象一下每平米40000A~60000A（@<1.7V）的電密，產(chǎn)生MW級的功率是多么容易的事兒。每KW低于200美金的單價也足以讓其平民化了。當然如何將未來成本降低到現(xiàn)狀的五分之一甚至七分之一，主要問題在哪里又該如何去走降本之路？
如眾所知，PEMWE在陽極和陰極分別使用了昂貴和稀缺的材料，例如銥（Ir）和鉑（Pt），以及多孔傳輸層（PTL）中的鈦基材料。陽極和陰極的當前PGM載量分別為2~5mg IrO2/cm2和1~2mg Pt/cm2，100 MW PEMWE將需要約50kg的Ir（假設典型的Ir負載為2mg Ir/cm2有效面積，基于4 W/cm2的操作條件）。按照目前203美元/克的銥價格，這相當于100兆瓦PEMWE需要約1015萬美元的Ir，更不用說地殼中缺乏銥（Ir)和鉑（Pt）了。
根根據(jù)Minke等人的研究，目前銥和鉑的年產(chǎn)量估計分別為7~8噸和200噸，其中37噸主要在加拿大、俄羅斯、南非、美利堅合眾國和津巴布韋開采，南非是主要生產(chǎn)國（占全球儲量的70%）。
根據(jù)Minke等人的說法，如果銥的載量沒有顯著減少，PGM沒有完全回收（至少90%），隨著PEMWE安裝率在未來50年項目中的提升（裝機容量每年線性增長2GW），預計銥的供應可能會出現(xiàn)瓶頸。例如，如果假設2030年歐盟目標的40GW電解槽主要是基于載量為0.50g Ir/kW的PEMWE (0.5 kgIr/MW或500kg Ir/GW)，則需要20噸銥。下表顯示了PEMWE的Ir和Pt載量、電流和功率密度以及電極面積目標。
由于PGM價格波動性和的稀缺性，一個主要目標是大幅減少其載量，至少降低40倍（對于銥而言），并在未來用不含PGM的催化劑代替它們。降低載量可以通過以下方向進行開發(fā)：
（i） 非碳質(zhì)高比表面積（HSA）負載催化劑，
（ii）含有其他豐富材料的合金PGM（例如：其他過渡金屬），
（iii）采用更好的制造方法增加催化劑表面積，
（iii）通過使用更好的分散和沉積技術(shù)，在膜電極組件中使用催化劑。
下顯示了2000-2020年期間鉑、銥成本的演變(US$ /g)。歷史上鉑一直要比銥貴。然而，自2017年以來，Ir價格超過了Pt(自2015年以來，Ir價格上漲了約500%；2021年5月，Ir的價格自2013年以來上漲了20倍)
另外在PEM電解槽中會被大量使用的金屬鈦（Ti），實際上以現(xiàn)狀來看，鈦的單價（8~10萬人民幣/噸）是低于在堿性電解槽中廣泛使用的金屬鎳（Ni）的，鎳目前的單價約19萬人民幣/噸左右。為了獲得更好的酸性環(huán)境中材料的耐蝕性以及導電性在其表面貴金屬涂層也會額外增加成本。當然目前已經(jīng)嘗試用不銹鋼加其他涂層來適當降低這部分的成本。
至于其MEA中PEM這部分成本是遠高于堿性的隔膜（PPS等膜）的，基本都在10倍以上甚至更多。實際上這部分成本隨著更多的企業(yè)進入，以及全球供應鏈的成長和完善，未來將會有較大的成本下降空間。
BOP部分的成本下降相對會沒有太多技術(shù)含量，更多是相關(guān)于SUS材料、等閥門儀表和規(guī)模效應。
總之，PEM成敗關(guān)鍵在于其成本，主要影響因素也是其PGM的使用，這將是一大障礙，但是有突破的可能和希望！
原文始發(fā)于微信公眾號（氫眼所見）：PEM電解水現(xiàn)狀和未來關(guān)鍵性能指標以及材料的聚焦和挑戰(zhàn)
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