科普 | PEM电解槽关键构件及制造流程概览

以下内容梳理了当下主流PEM电解槽所用材料、结构形式以及各部件自下而上的制造思路。为便于量化，文中以 1 MW 电堆为参照，催化剂负载量取 2022 年商业化产品平均水平，未计入实验室级别的突破性数据。

表：PEM电解槽的关键设计规范

一、1 MW 电堆设计基准

- 单电池有效催化面积：≈ 900 cm²（正方形，也可选矩形或圆形）图1

- 活性区外沿再留 10 % 工艺余量，用于模切与压缩均匀性

- 未来迭代方向：提高电流密度，在相同几何尺寸与单池数量下增大产氢量

图1

二、制造总览

图 2 展示了从原材料到成品的完整工艺链，下文按四大部件逐一展开。

图2

三、传输层

1. 阳极 PTL（多孔传输层）

– 材料：烧结钛 + PVD 镀铂

– 工艺：钛粉→烧结→模切→PVD 镀层（工艺图见图 3）

图3

2. 阴极 GDL（气体扩散层）

– 直接采购碳纸/碳布，模切成所需尺寸即可

四、CCM & MEA

1. 结构

CCM（催化剂涂覆膜）夹在阴/阳极传输层之间即构成 MEA。

图4

2. 成本地位

CCM 占电堆成本比重最高，是降本重点研究对象。

3. 两条制备路线

超声波喷涂：实验与小批量常用，效率低，卷对卷（R2R）改造后可提速

图5

狭缝涂布：R2R 连续工艺，速度快、易放大，正逐步取代喷涂

（图 4、图 5 分别给出两种路线的设备配置与质量监控示意）

4. MEA 集成

CCM 完成后与 PTL、GDL 叠合，即得 MEA。

五、双极板

– 材料：钛卷板 + PVD 镀铂（早期曾用 316L 不锈钢）

– 厚度：本例取 1.5 mm（不含镀层）

– 工艺：冲压/蚀刻流场 → PVD 镀铂（图 6）

图6

六、单池与整堆组装

1. 单池

– 双极板丝网印刷密封垫圈

– 依次叠放 MEA（含 CCM、PTL、GDL）

– 固化

2. 成堆

– 将单池层层叠加并压紧

– 加装端板、拉杆等机械件（图 7）

图7

3. 自动化程度

– 小批量：人工叠装，人力密集、节拍慢

– 大批量：多级自动化，效率显著提升