AEM電解槽中的“能量加速器”：——AEM電解槽關鍵部件之催化劑

在清潔能源的宏大畫卷中，AEM電解水制氫技術正以成本與效率的雙重潛力吸引全球目光。而在AEM電解槽內部，有一個看似微小卻至關重要的核心角色——催化劑。它如同電解水制氫過程中的“能量加速器”，默默驅動著水的分解反應，是提升效率、降低成本的關鍵所在。

“分子拆解工”：催化劑的使命

水分子（H?O）的分解絕非易事，需要克服巨大的能量壁壘才能拆開氫（H）與氧（O）之間的牢固連接。催化劑的核心使命，就是為這一關鍵化學反應鋪設一條“捷徑”——顯著降低反應所需的能量門檻（即過電位），加速反應速率，讓水分子在較低能耗下高效裂解為氫氣和氧氣。

在AEM電解槽中，催化劑主要分布在兩個核心區域：

陰極（產氫側）：負責加速析氫反應（HER），高效產生氫氣。

陽極（產氧側）：負責加速析氧反應（OER），生成氧氣。

鉑族貴金屬：優異性能與現實困境

長期以來，鉑（Pt）、銥（Ir）、釕（Ru）等貴金屬催化劑憑借其卓越的活性與穩定性，被視為電解水制氫催化劑的“黃金標準”。然而，它們的廣泛應用面臨著難以逾越的障礙：

高昂成本：貴金屬資源稀缺，價格昂貴（如鉑金價格每克可達200元以上），直接推高了電解槽的設備成本。

資源限制：貴金屬全球儲量有限且分布不均，大規模商業化應用存在資源“卡脖子”風險。

破局之路：非貴金屬催化劑的崛起

為突破貴金屬桎梏，降低電解水制氫成本，科研界正全力探索高性能、低成本的替代方案：

過渡金屬基材料：鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）、錳（Mn）等金屬及其氧化物、氫氧化物、磷化物、硫化物、氮化物等化合物，展現巨大潛力。鎳鐵基（NiFe）催化劑在OER方面表現尤為亮眼，活性直逼貴金屬。

碳基材料：通過對碳材料（如石墨烯、碳納米管）進行雜原子摻雜（N, P, S, B等）或負載過渡金屬單原子/團簇，可有效調控其電子結構，顯著提升HER或OER活性。

無金屬催化劑：某些經過精心設計的碳氮材料或其他有機框架材料，也能展現出令人矚目的催化性能。

納米結構工程：通過制備納米顆粒、納米線、多孔結構、核殼結構等，極大增加催化劑的活性位點數量（比表面積），優化反應物和產物的傳質過程。

AEM的獨特優勢：催化劑的“友好舞臺”

相比于PEM電解槽在強酸性環境下工作，AEM電解槽在較溫和的堿性條件下運行，為催化劑選擇帶來顯著優勢：

更廣闊的“材料庫”：堿性環境對材料的腐蝕性遠低于強酸環境，許多在酸性中不穩定的非貴金屬催化劑（如鎳、鐵基材料）得以大展身手。

降低成本潛力巨大：擺脫對鉑、銥等昂貴貴金屬的依賴，是AEM技術實現低成本制氫的核心競爭力之一。催化劑成本下降將直接推動整個電解槽系統成本下降。

挑戰發展并存：禾帆氫能零貴金屬催化劑探索

盡管非貴金屬催化劑在AEM中前景光明，但走向大規模應用仍需經過多重挑戰，圍繞核心問題不斷優化迭代：

活性與穩定性平衡：在保持高活性的同時，實現數千甚至上萬小時長期穩定運行，仍是關鍵挑戰。

膜電極一體化（MEA）優化：如何將催化劑與AEM膜、氣體擴散層等高效集成，構建高性能、長壽命的膜電極組件。

南通禾帆氫能在攻克非貴金屬催化劑技術難題的道路上，積極布局并取得重要進展。采用資源豐富、低成本的過渡金屬類完全替代貴金屬，在成本上遠低于目前商用鉑碳催化劑以及氧化銥、氧化釕等稀缺昂貴元素，同時利用先進的電極片制備工藝，形成自支撐催化電極片，并經多輪技術優化迭代，顯著提高了催化劑的利用率，極大降低生產成本。

上圖所示為南通禾帆氫能陽極/陰極催化電極片

催化劑，這個AEM電解槽內部的“能量加速器”，其性能每一次提升，都是推動綠氫成本下降的重要力量。隨著非貴金屬催化劑在活性、穩定性及規模化制備方面不斷取得突破，它們將在AEM電解槽舞臺上發揮重要作用，加速綠氫經濟邁向更廣闊的未來。