AEM 制氢技术发展
一、引言
阴离子交换膜（Anion-Exchange Membrane, AEM）水电解制氢技术因其兼具碱性电解槽（ALK）的低成本基因与质子交换膜（PEM）的高响应特性，成为 2020 年代以来学术界与产业界共同瞩目的“第三代路线”。2025 年，AEM 制氢正式迈入“兆瓦级示范—吉瓦级布局”并行推进的快速扩张期，标志着该技术从实验室验证向大规模商用过渡的关键拐点 。
二、技术原理与路线定位
AEM 电解槽以固体聚合物阴离子交换膜为电解质，OH⁻ 离子在膜相中迁移，两极反应与传统碱性电解一致
阴极：4H₂O + 4e⁻ → 2H₂ + 4OH⁻
阳极：4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻
电解水工作原理如下：
1、在电解槽的阳极、阴极两端外加直流电压。
2、水由阳极穿过AEM渗透到阴极。
 3、水在阴极催化剂作用下接收电子发生析氢反应（HER）产生氢气，氢气透过气体扩散层GDL释放出来。
 4、HER: 4H2O+4e-→4OH-+2H2
 5、HER产生的氢氧根(OH-)穿过AEM回到阳极。
 6、OH-在阳极催化剂作用下发生析氧反应（OER）产生氧气，氧气透过气体扩散层与电解液一起流动释放出来。
 7、OER: 4OH-→2H2O+O2+4e-
至此，AEM通过完成水的分解，实现了氢气的高效生产，同时产生的氧气可以继续利用或释放到大气中，没有任何污染环境的成分产生。
得益于膜相隔离，AEM 可省去浓 KOH 循环，实现“零碱液泄漏”；同时，AEM碱性工作环境允许使用 Ni、Fe、Co 等非贵金属催化剂，理论上可将电解槽材料成本降至 PEM 的 30 %–50 % 。因此，AEM 被赋予“低成本 + 高动态 + 高纯度”三重期待，正好对应可再生电力制氢对经济性、波动适应性及下游用氢品质的刚性需求。
AEM制氢综合了ALK制氢和PEM制氢两大技术的优点：
可以在碱性的工作环境中使用非贵金属催化剂，对极板等各类零部件的要求不高，可使用镀镍的不锈钢板；
具备类似于PEM膜电极的结构，可实现高压制氢。
AEM制氢技术距离大规模商业化还有很大提升空间，阴离子交换膜、催化剂等核心部件的开发与应用尚未成熟，但整个行业对这一技术的发展前景持乐观态度。许多企业都看好该赛道，纷纷投入资源进行研发和探索。
据统计，目前AEM电解槽厂家有：稳石氢能、亿纬氢能、卧龙英耐德、中电绿波、未来氢能、亿孚科技、宿迁绿能氢创、清能股份、赛克赛斯、正星氢电、中电丰业、奥扬科技
三、核心材料与组件进展  
1. 阴离子交换膜
（1）化学稳定性：针对季铵基团霍夫曼消除与亲核取代降解，2025 年主流方案采用“空间位阻 + 去除 β-H”双重设计，配合交联-支化拓扑结构，使膜寿命突破 80000 h（加速老化折算）。
（2）机械-减薄化：稳石氢能通过可控弹性支撑层将膜厚度压缩至 20 µm，面电阻降至 0.3 Ω·cm²，电解效率提升 4 %–6 % 。
（3）高压化：厦门几何未来、德林海相继发布 22 MPa 高压 AEM 电解槽，为下游 70 MPa 加氢站“去增压机”提供可能 。
2. 催化剂与膜电极
（1）多元掺杂 NiFeCo（低 Fe）第三代催化剂在 800 mA cm⁻² 下电位 1.75 V，衰减率 ≤ 0.0042 mV h⁻¹，与增强型 AEM 实现 10000 h 电压降 < 30 mV 。
（2）未来氢能开发出 200 mA cm⁻² 下过电位 70 mV 的阴极电极与 275 mV 的阳极电极，均基于非贵金属；膜电极一体化封装后，直流功耗降至 4.2 kWh Nm⁻³ H₂，接近理论极限 3.54 kWh Nm⁻³ 。
（3）奥德源采用纯镍丝编织柔性支撑电极，厚度 < 0.3 mm，比表面积提升 35 %，气泡脱离直径缩小 25 %，单槽能耗再降 0.3 kWh Nm⁻³ 。
3. 双极板与流场
宿迁绿能氢创通过轻质化流道框与镀镍不锈钢激光焊接，实现单堆 1 MW 级别下减重 18 %，并保持 2 MPa 承压 。一体化卡扣式装配取消胶黏剂，检修时可在线抽换单元，产线节拍缩短 50 % 以上 。
四、系统集成与智能化  
1. 宽功率波动耦合
2025 年西北风光基地示范结果显示，AEM 系统在 20 %–120 % 额定负荷区间运行稳定，30 s 内冷启动出氢，弃风电量转化效率提升 20 %，为“源-网-氢”全离网模式奠定基础 。  
2. AI 自适应调控
稳石氢能集控系统实时监测膜阻抗、温度分布与气体纯度，通过云端数据库比对，动态调节电压-频率-热管理参数，将系统能效提升 5 %–8 %，预测性维护降低非计划停机 60 % 。
五、成本动态与经济性测算  
1. 设备 
2025 年国产 100 kW 模块出厂价跌破 1 万元 kW⁻¹，接近 ALK（0.8–0.9 万元 kW⁻¹），较 PEM（2.2–2.5 万元 kW⁻¹）下降 > 50 % 。  
2. 氢气平准化成本（LCOH）
在 0.2 元 kWh⁻¹ 可再生电价、80 % 利用率条件下，GW 级 AEM 工厂 LCOH 已降至 10–12 元 kg⁻¹ H₂，与煤制氢 + CCS 区间（9–11 元 kg⁻¹）重叠，实现“绿氢平价”临界 。
六、产业链与商业化项目  
1. 供应链生态
上游：氟化-碳氢膜树脂、季铵功能单体、柔性镍网、激光焊接装备国产化率 > 85 %；
中游：稳石氢能、几何未来、未来氢能、亿纬氢能等 10 余家企业建成 100 MW–1 GW 级试制线；
下游：国家能源集团、中石化、中化等已将 AEM 纳入“十四五”绿氢装备采购清单 。  
2. 示范与商业化路径
2024 年 9 月，稳石氢能兆瓦级 AEM 示范项目投运，标志着全球首个单堆 1 MW 系统与 5 MW 光伏耦合 ；2025 年，欧洲、北美相继启动 10 MW 级 AEM-Offshore 风电制氢项目，预计 2026–2027 年累计订单突破 1 GW 。
七、标准、测试与认证
中国氢能联盟 2025 年 3 月发布《AEM 电解槽性能测试方法》（T/CAB 0089-2025），对膜寿命加速评价、负荷动态响应、CO₂ 杂质耐受等 12 项指标给出规范；同期，欧盟 JRC 启动 AEM 电解槽 CE 认证草案，首次将“碱性膜材料可回收率”纳入安全评估，为 2026 年欧洲氢能银行补贴提供依据 。
八、面临的挑战与对策  
1. 膜长期稳定性：需建立>80000 h 的户外工况数据库，建议构建“材料-工艺-系统”三级加速老化模型；  
2. 大宽幅一致性：幅宽 1.6 m 以上 AEM 涂布厚度公差仍 >±3 µm，亟需开发在线缺陷检测与闭环涂布装备；  
3. 标准体系缺位：功率>100 MW 的模块化并联、快速切负荷安全策略缺少规范，应同步推进 IEC 与国标双轨制定；  
4. 供应链安全：季铵功能单体、柔性镍网产能不足，需通过“材料-装备”耦合布局 GW 级产业园区，降低国际贸易波动风险。
九、未来展望（2026-2030）  
1. 技术路线：膜材料向“自修复-有机无机杂化”迭代，催化剂向“单原子-分子笼”结构演进，运行温度有望提升至 90–110 ℃，进一步降低过电位 30–40 mV；  
2. 规模跃迁：2026 年起，中国拟建 3–5 个 10 GW 级 AEM 电解槽基地，与风光大基地同步规划，形成“装备-绿氢-绿氨”一体化走廊 ；  
3. 市场预测：据恒州诚思统计，2024 年全球 AEM 设备收入 17.7 亿元，2031 年将达 201.6 亿元，年复合增长率 37 %，占电解槽总体出货比例由 2025 年 5 % 提升至 2030 年 25 % 以上 ；  
4. 碳减排贡献：若 2030 年 AEM 累计装机 80 GW、年制氢 1200 万吨，可替代化石氢 960 万吨，年减排 CO₂ 1.0–1.2 亿吨，相当于 3000 万辆燃油车年排放量。
十、结论
AEM 制氢技术历经十余年实验室沉淀，在 2025 年迎来“材料-工艺-系统”三维突破，兆瓦级示范与吉瓦级产线并行落地，成本曲线逼近传统 ALK，动态性能比肩 PEM。面向 2030 年“绿氢平价+深度脱碳”双重目标，AEM 有望与碱性、PEM 形成三足鼎立格局，并在分布式、离岸风电、高压直供等场景率先实现技术替代。持续加强膜材料稳定性、标准化体系与供应链韧性，将是下一阶段政策制定者、科研机构与产业资本共同的核心任务。