中国目前是世界上最大的制氢国，现有工业制氢产能约为2500万t/a，其中煤制氢产能约1000万t/a，占比最大，其次是工业副产氢约800万t/a。化石能源重整制氢技术成熟、规模大、成本低，但CO₂排放量大。

煤制氢和天然气制氢的二氧化碳排放对比

而近几年的国际氢能发胀热潮，与利用氢能降低碳排放、进一步发展可再生能源的愿景密切相关，显然化石燃料制氢不能达到预期目标。氢气作为能源载体，将在全球能源转型中与电力互为补充。水电解制氢被认为是未来制氢的发展方向，特别是利用可再生能源电解水制氢，具备将大量可再生能源电力转移到难以深度脱碳工业部门的潜力，成为各国瞄准的方向和攻关重点。

水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。

上游：能源电力与电解水制氢设备原材料，包括电解槽隔膜、电解液、正/负电极板等;

中游：电解水制氢设备及建设项目，其主要工艺包括ALK/PEM/AEM/SOEC;

下游：氢能储运、燃料电池、工业应用、发电等应用领域。

水电解制氢产业链

产业链上游的参与者主要：金风科技、远景能源、明阳智能、通威股份等能源电力供应商;东岳未来、科润新材料、东材科技、浙江汉丞等制氢设备及材料的供应商。

产业链中游的参与者主要：宝丰能源、华能集团、阳光电源、中国石化等电解水制氢供应商。

产业链下游的参与者主要：国富氢能、氢枫能源、嘉化能源等氢能储运供应商;亿华通、国鸿氢能、重塑能源等燃料电池供应商。

产业链上下游主要参与者

2023年全球新建成电解水制氢产能约7.3万吨/年，同比增长约204%。到2023年12月底，全球电解水制氢累计产能约达16.7万吨/年。据预测，2024年累计产能将达21万吨/年，2025年将达25万吨/年。

2023年全球制氢电解槽新增装机达653MW，同比增长176%。据预测，2024年全球制氢电解槽将进一步增长至803MW，2025年或将超过1000MW。

‌2024年水电解制氢的区域分布主要集中在西北地区和华北地区，尤其是内蒙古、河北、新疆、甘肃等地。‌截至2024年，全国已有291个运行、在建和规划的绿氢项目，基本覆盖全国，但产能主要集中在内蒙古、河北、新疆、甘肃等西北地区‌。

根据中国电解水制氢行业竞争者的区域分布情况，东北部地区竞争者分布覆盖范围较为广泛，但广东省是电解水制氢企业数量最多的省市，其次为北京市、山东省和江苏省。

2023年是中国绿氢产业爆发之年，也是中国电解槽需求新高之年。2023年1-12月中国电解水制氢设备公开招标需求规模超2000MW，已达到2022年全年出货量的2倍有余。

据曼塔瑞统计，2024年以来，国内完成电解槽招标的项目有能建松原（64000Nm3/h）、天楹辽源（56000Nm3/h）、俊瑞温宿（40000Nm3/h）、大唐多伦（14000Nm3/h）、国华沧州（13000Nm3/h）、上海电气洮南（8200Nm3/h）、吉电盐城（8000Nm3/h）、达能胶州（4000Nm3/h）等，20MW以上项目完成招标的已超1GW，新疆天科隆4套2000Nm3/h电解槽尚在招标中，还有约2.3GW的绿氢项目蓄势待发，正在筹备招标，电解槽招标已远超过去年数据。

根据电解槽隔膜材料的不同，目前市场上主要有碱性水电解（ALK）、质子交换膜纯水电解（PEM）、阴离子交换膜水电解（AEM）和固体氧化物水电解（SOEC）四种技术路线。

水电解制氢主要技术

四种技术原理图

碱性水电解制氢电解槽隔膜主要由石棉组成，起分离气体的作用。阴极、阳极主要由金属合金组成，如Ni-Mo合金等，分解水产生氢气和氧气。

• 优点：碱性水电解制氢技术成熟，投资、运行成本低。

• 缺点：碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。

碱性电解槽制氢是较成熟的电解制氢技术，碱性电解槽安全可靠，寿命长达15年，已广泛商业化使用。碱性电解槽工作效率一般为42%~78%。在过去几年里，碱性电解槽主要取得两方面进展，一方面，改进后的电解槽效率得到提高，降低了与用电有关的运营成本；另一方面，操作电流密度增加，投资成本降低。

在市场化进程方面，ALK作为最为成熟的电解技术占据着主导地位，尤其是一些大型项目的应用。我国ALK装置的安装总量为1500~2000套，多数用于电厂冷却用氢的制备，国产设备的最大产氢量为1000Nm³/h。国内代表性企业有中国船舶集团有限公司第七一八研究所、苏州竞立制氢设备有限公司、天津市大陆制氢设备有限公司等。

PEM制氢主要分为4个步骤：

1. 水在正极上发生水解反应（2H₂O=4H⁺4e^-+O₂）

2. 4H⁺穿过有序膜电极到达负极

3. 4e^-电子通过外电路由正极传到负极

4. 到达负极后4H⁺+4e^-=2H₂生成氢气

PEM电解水装置由电解槽和辅助系统组成，其中电解槽的核心部件包括双极板、气体扩散层、质子交换膜、阴极和阳极催化剂。

PEM水电解槽以PEM为电解质，以纯水为反应物，加之PEM的氢气渗透率较低，产生的氢气纯度高，仅需脱除水蒸气；电解槽采用零间距结构，欧姆电阻较低，显著提高电解过程的整体效率，且体积更为紧凑；压力调控范围大，氢气输出压力可达数兆帕，适应快速变化的可再生能源电力输入。与碱性水电解制氢相比，PEM水电解制氢工作电流密度更高（＞1A/cm²），总体效率更高（74%~87%），氢气体积分数更高（>99.99%），产气压力更高（3~4 MPa），动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性。由于聚合物膜不耐高温，电解槽操温度常低于80℃。

区别于ALK碱性水电解制氢，PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板。其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响PEM水电解槽的性能和寿命。

注：电解槽没有品牌之分，只有技术之分。

PEM水电解制氢技术具有“与可再生能源的耦合和高安全性”的特点：

• 与可再生能源耦合：碱性电解槽的动态输入下限为10-40%，PEM电解槽为 0-10%。PEM电解槽负载范围可达0-150%，生产速率可以在整个负载范围内发生变化，对输入电源具有高度的灵活性和适应性，可维持可再生能源稳定地输入电网，使储能应用更加灵活，与可再生能源耦合。而碱性制氢液电解响应速度慢，使其与间断性可再生能源耦合困难。

  
  

• 高安全性：PEM电解水制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质，能有效阻止电子传递，在高压下也能保证氢气和氧气被隔离到阴阳两极而不外泄，提高电解槽安全性。

PEM制氢采用的是质子交换膜固体电解质，产生的气体无需进行脱碱处理，且分子级微孔的离子膜厚度很小，不易产生氢反渗透。PEM型只需要纯水，不需任何添加物，没有腐蚀性液体，从而对坏境无污染，同时气体纯度也高；而传统碱性电解液中需要添加15%NaOH或30%KOH，因此电解液腐蚀性强，易产生冲液污染负载管路。

PEM型的催化电极属于分子级微孔，紧贴于离子膜两边及其内部孔道间，是一种零极距催化电极，它的优点是反应面积大，转换效率高；而传统碱性的电极间有小距离限制，极间电阻大，导致电流变大，发热量高，转换效率低。

PEM型的电解槽内两级室的集电器结构紧密且有弹性，从而使得电解槽重量轻、体积小，重量仅是相同产氢量的普通电解槽的1/3，优点是零极距，槽内阻小；而传统碱性电解槽内极室的集电器没有弹性，从而电能热损失高，转换效率低。

PEM电解水制氢的系统响应速度快，适应动态操作，这非常适用于可再生能源如风能、太阳能输电的不均匀性、间歇性、波动性。

从技术角度考虑，其采用的电解池结构紧凑、体积小、利于快速变载，电解槽效率高、得到的气体纯度高、所需能耗低，安全可靠性也同时得到大大提高，更适合可再生能源的波动性，因此，PEM水电解技术被誉为制氢领域极具发展前景的水电解制氢技术之一。

PEM电解制氢的优点是响应速度快、在电力输出极端条件下（低于20%负载或150%最大负载以内）仍可正常使用。考虑到可再生能源的输出功率变化较大、处于低负载和高负载区间的时间较长的特点，因此在实际使用中使用PEM作为可再生能源电解储氢的经济性在现有技术条件下反而可以超过碱性电解法制氢。

由于PEM电解槽需要在强酸性和高氧化性的工作环境下运行，因此设备对于价格昂贵的金属材料如铱、铂、钛等更为依赖，导致成本过高。这也是制约PEM制氢技术发展的瓶颈及研发攻克方向。

过去五年电解槽成本已下降了40%，但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢待解决的主要问题，这与目前析氧、析氢电催化剂只能选用贵金属材料密切相关。为此降低催化剂与电解槽的材料成本，特别是阴、阳极电催化剂的贵金属载量，提高电解槽的效率和寿命，是PEM水电解制氢技术发展的研究重点。

PEM电解槽的阳极处于强酸性环境（pH≈2）、电解电压为1.4~2.0V，多数非贵金属会腐蚀并可能与PEM中的磺酸根离子结合，进而降低PEM传导质子的能力。当前的阳极铱催化剂载量在1mg/cm²量级，阴极Pt/C催化剂的Pt载量约为0.4~0.6 mg/cm²。Ru的电催化析氧活性高于Ir，但稳定性差；通过与Ir形成稳定合金可提高催化剂的活性与稳定性。受限于PEM水电解制氢的酸性环境、阳极高电位、良好导电性等要求，非贵金属催化剂或非金属催化剂的研发难度较大，预计一定时期内实际用于大规模电解槽的催化剂仍以Ir为主。未来降低制氢成本、减少贵金属催化剂用量的更好方法是研发超低载量或有序化膜电极。

在PEM方面，目前常用的产品有科慕公司Nafion系列膜、陶氏化学XUS-B204膜、旭硝子株式会社Flemion系列膜、旭化成株式会社Aciplex-S系列膜等。

PEM电解水的阳极需要耐酸性环境腐蚀、耐高电位腐蚀，应具有合适的孔洞结构以便气体和水通过。受限于PEM电解水的反应条件，PEM燃料电池中常用的膜电极材料（如碳材料）无法用于水电解阳极。3M公司研发了纳米结构薄膜（NSTF）电极，阴阳两极分别采用Ir、Pt催化剂，载量均为 0.25mg/cm²；在酸性环境及高电位条件下可以稳定工作，表面的棒状阵列结构有利于提高催化剂的表面分散性。Proton公司采用直接喷雾沉积法来减少催化剂团聚现象，将载量0.1mg/cm²的Pt/C和Ir，载量0.1mg/cm²的IrO₂沉积在Nafion117膜上；单电解池的应用性能与传统高催化剂载量电解池相似（1.8A·cm–2@2V），在2.3V电压下稳定工作500h。改善集流器的性能也可提高电解槽性能。

膜电极方面，在CCS法和CCM法基础上，近年来新发展起来的电化学沉积法、超声喷涂法以及转印法成为研究热点并具备应用潜力。新制备方法从多方向、多角度改进膜电极结构，克服传统方法制备膜电极存在的催化层催化剂颗粒随机堆放，气体扩散层孔隙分布杂乱等结构缺陷，改善膜电极三相界面的传质能力，提高贵金属利用率，提升膜电极的电化学性能。

由于双极板及流场占电解槽成本的比重较大，降低双极板成本是控制电解槽成本的关键。在PEM电解槽阳极严苛的工作环境下，若双极板被腐蚀将会导致金属离子浸出，进而污染PEM，因此常用的双极板保护措施是在表面制备一层防腐涂层。

目前，我国PEM电解水制氢技术正在经历从实验室研发向市场化、规模化应用的阶段变化，逐步开展示范工程建设，如中国科学院大连化学物理研究所、阳光电源股份有限公司共同建立的PEM电解水制氢联合实验室，针对PEM电解水技术产业化的关键问题，如廉价催化剂的活性与稳定性、膜渗透性、膜电极结构等开展研究攻关；针对双极板、扩散层等，发展高电流密度与高电压条件下的廉价抗腐蚀镀层技术，着力提高电解效率、降低综合成本。

虽然我国氢能行业处于发展初期，但行业多板块呈现出快速发展的态势，膜电极板块同样获得快速进步，不断涌现出新的企业。降本增效作为新能源行业的重要目标一直为企业所追求，新产品、新技术应运而生，进而有力推动的发展。

总部位于湖南省株洲市，专业从事PEM水电解制氢电解槽、设备、系统研发生产。公司技术源于中国载人航天，研发团队历经30多年致力于技术的研发、测试、论证、升级。产品率先实现完全国产，技术达到国际领先水平‌。

在2023年度发布了多款PEM制氢新品，提升了产品性能和结构设计，具有较强的市场竞争力‌。

2024年2月28日-3月1日，清能股份亮相2024日本氢能展。其1MW的PEM电解槽凭借3.6-4.3kWh/Nm³H₂优秀能耗表现、0.223m³高度紧凑的体积，在展会中备受关注。期间，清能股份还重磅发布了在阴离子交换膜方面取得的重大技术突破，计划在2024年开始向商业客户提供兆瓦级AEM电解系统。

在PEM电解制氢领域活跃度较高，发布了多款新品，展示了其在技术上的不断创新和进步‌。

作为PEM电解制氢领域的领先企业之一，重塑能源在2023年度也有多款新品发布，进一步巩固了其在市场上的地位‌。

亿华通在PEM电解制氢领域也有显著贡献，其产品和技术在行业内具有较高的认可度‌。

康明斯在2023年发布了其5MW PEM电解水制氢产品，该产品为单台5MW的模块化产品，制氢能力达到1000标方/小时，具有较高的市场关注度‌。

2024年1月29日，康明斯Accelera全球首台针对中国市场的本地化HyLYZER®-1000产品正式下线。该产品为单台5MW的模块化产品，制氢能力1000标方/小时，目前产品已经完成实验室测试，可实现5%的超低负荷运行能力，直接输出氢气纯度可实现99.99%(不含氢气纯化，不含水状态)。23年4月底，该产品在位于广东佛山的康明斯恩泽绿氢设备制造基地正式投产，于同年9月完成组装并进入测试间的调试和研发验证阶段。

现代能源集团发布了全国首套PEM电解水制氢加氢一体机示范应用，展示了其在技术创新和实际应用方面的领先地位‌。

2024年1月初，作为广州市黄埔区国有专业化能源集团，现代能源集团牵头完成了全国首套PEM电解水制氢加氢一体机，并进行示范应用。示范样机的制氢能力为10Nm³/h，产氢压力为1-4MPa，氢气压缩机排气压力为45MPa。该设备主要由制氢及纯化系统、压缩系统、加注系统、冷却系统、控制系统、辅助系统等组成，氢气纯度满足GB/T37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》。整套装备结构紧凑、随制随加、节能高效，可以灵活布置，满足不同场景需求。

发布了300Nm³/h PEM电解槽新品，该电解槽在多个关键指标上赶超国际先进水平。

2024年2月28日，阳光氢能全球首发300Nm³/h PEM电解槽。该电解槽不仅突破了国内PEM电解槽单槽产氢量，更在多个关键指标上赶超国际先进水平。该款PEM电解槽采用专利密封结构，工作压力高达3.5MPa；独创的一体化结构与多功能流场设计，使额定直流电耗低于4.15kwh/Nm³ H₂；设备负荷调节范围达5%-110%，负荷调节速率10%/s，在对动态性能调节要求更高的场景下，具有显著优势。同时，它采用多梯度镀层结构，耐腐蚀性更强，大大延长了电解槽的寿命。

赛克赛斯深耕PEM制氢领域，自主掌握了从质子膜、催化剂、膜电极到电堆和系统集成的全套核心工艺。在PEM制氢细分领域，公司多年市场占有率第一，产品已广泛应用于高端实验室、半导体、医药、电力、冶金、环保、化工、检验检疫、人工钻石等领域，并出口至30多个国家和地区。在能源领域，公司产品已在内蒙古、陕西、天津、浙江、广东等地的电厂和光伏、风电等新能源耦合储能项目中落地，取得了良好的社会效益和经济效益。

北京氢羿能源科技有限公司成立于2023年10月，聚焦PEM电解水制氢电解槽及配套系统的研发、生产和销售，主要产品包括高效长寿命催化剂、高电密膜电极、单槽最高可达1-2MW电解槽、配套辅助系统等，可根据客户需求提供完整的最佳的风电绿氢制取-绿氨/绿醇系统解决方案。

氢羿能源团队核心人员在电解水制氢技术方面均有丰富的工业经验，由国内少有的具备全套PEM电解水制氢完整技术的团队创立，低贵金属催化材料技术达到工业应用水平。公司技术经过高达4000h的工业级PEM电解槽长时实况下运行成功验证，可直接实现量产落地，在国内最早突破并实现应用，各项性能和技术指标处于国内领先水平。

PEM电解水制氢的系统响应速度快，适应动态操作的特点非常适用于可再生能源，如风能、太阳能发电的不均匀性、间歇性，未来应用优势明显。相比于碱性电解槽，PEM电解槽由于设备成本过高，制氢成本相对较高，但随着氢能行业的发展，氢气需求的增加，以及技术的进步，会带来PEM电解槽成本的下降，叠加可再生能源电力成本的下降和产氢数量的增加，最终PEM电解槽制氢成本会低于碱性电解槽。由于其效率高、能耗少、响应快、负载高等优势，PEM电解槽将是未来可再生能源电解制氢的主流方向。