AEM电解槽中的“能量加速器”：——AEM电解槽关键部件之催化剂

在清洁能源的宏大画卷中，AEM电解水制氢技术正以成本与效率的双重潜力吸引全球目光。而在AEM电解槽内部，有一个看似微小却至关重要的核心角色——催化剂。它如同电解水制氢过程中的“能量加速器”，默默驱动着水的分解反应，是提升效率、降低成本的关键所在。

“分子拆解工”：催化剂的使命

水分子（H?O）的分解绝非易事，需要克服巨大的能量壁垒才能拆开氢（H）与氧（O）之间的牢固连接。催化剂的核心使命，就是为这一关键化学反应铺设一条“捷径”——显著降低反应所需的能量门槛（即过电位），加速反应速率，让水分子在较低能耗下高效裂解为氢气和氧气。

在AEM电解槽中，催化剂主要分布在两个核心区域：

阴极（产氢侧）：负责加速析氢反应（HER），高效产生氢气。

阳极（产氧侧）：负责加速析氧反应（OER），生成氧气。

铂族贵金属：优异性能与现实困境

长期以来，铂（Pt）、铱（Ir）、钌（Ru）等贵金属催化剂凭借其卓越的活性与稳定性，被视为电解水制氢催化剂的“黄金标准”。然而，它们的广泛应用面临着难以逾越的障碍：

高昂成本：贵金属资源稀缺，价格昂贵（如铂金价格每克可达200元以上），直接推高了电解槽的设备成本。

资源限制：贵金属全球储量有限且分布不均，大规模商业化应用存在资源“卡脖子”风险。

破局之路：非贵金属催化剂的崛起

为突破贵金属桎梏，降低电解水制氢成本，科研界正全力探索高性能、低成本的替代方案：

过渡金属基材料：铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、锰（Mn）等金属及其氧化物、氢氧化物、磷化物、硫化物、氮化物等化合物，展现巨大潜力。镍铁基（NiFe）催化剂在OER方面表现尤为亮眼，活性直逼贵金属。

碳基材料：通过对碳材料（如石墨烯、碳纳米管）进行杂原子掺杂（N, P, S, B等）或负载过渡金属单原子/团簇，可有效调控其电子结构，显著提升HER或OER活性。

无金属催化剂：某些经过精心设计的碳氮材料或其他有机框架材料，也能展现出令人瞩目的催化性能。

纳米结构工程：通过制备纳米颗粒、纳米线、多孔结构、核壳结构等，极大增加催化剂的活性位点数量（比表面积），优化反应物和产物的传质过程。

AEM的独特优势：催化剂的“友好舞台”

相比于PEM电解槽在强酸性环境下工作，AEM电解槽在较温和的碱性条件下运行，为催化剂选择带来显著优势：

更广阔的“材料库”：碱性环境对材料的腐蚀性远低于强酸环境，许多在酸性中不稳定的非贵金属催化剂（如镍、铁基材料）得以大展身手。

降低成本潜力巨大：摆脱对铂、铱等昂贵贵金属的依赖，是AEM技术实现低成本制氢的核心竞争力之一。催化剂成本下降将直接推动整个电解槽系统成本下降。

挑战发展并存：禾帆氢能零贵金属催化剂探索

尽管非贵金属催化剂在AEM中前景光明，但走向大规模应用仍需经过多重挑战，围绕核心问题不断优化迭代：

活性与稳定性平衡：在保持高活性的同时，实现数千甚至上万小时长期稳定运行，仍是关键挑战。

膜电极一体化（MEA）优化：如何将催化剂与AEM膜、气体扩散层等高效集成，构建高性能、长寿命的膜电极组件。

南通禾帆氢能在攻克非贵金属催化剂技术难题的道路上，积极布局并取得重要进展。采用资源丰富、低成本的过渡金属类完全替代贵金属，在成本上远低于目前商用铂碳催化剂以及氧化铱、氧化钌等稀缺昂贵元素，同时利用先进的电极片制备工艺，形成自支撑催化电极片，并经多轮技术优化迭代，显著提高了催化剂的利用率，极大降低生产成本。

上图所示为南通禾帆氢能阳极/阴极催化电极片

催化剂，这个AEM电解槽内部的“能量加速器”，其性能每一次提升，都是推动绿氢成本下降的重要力量。随着非贵金属催化剂在活性、稳定性及规模化制备方面不断取得突破，它们将在AEM电解槽舞台上发挥重要作用，加速绿氢经济迈向更广阔的未来。