视点！5000小时长时验证落地,枡水50μm膜电极攻克风光制氢核心难题

PEM电解槽是风光耦合制氢的核心装备，膜电极作为电解槽的心脏，其薄膜化被行业视作降低制氢成本的关键路径。但长期以来，质子膜减薄容易带来气体渗透上升、长期衰减加剧等一系列技术难题，制约产业化落地。近期枡水科技自主研发的兆瓦级PEM短堆完成累计5000小时运行验证，重点验证的50μm膜电极，在大面积电堆与光伏波动工况下，交出了稳定的测试结果，为风光离网绿氢项目提供关键工程依据。

枡水兆瓦级PEM短堆在安徽肯坦戈进行测试

彩虹堆设计，分阶段开展长周期考核

(资料图片仅供参考)

本次测试采用枡水自主设计的兆瓦级PEM短堆，业内称之为彩虹堆。单室活性面积达到1275cm²，短堆内部一共设置8个独立小室，每个小室搭载不同方案的膜电极，50μm膜电极是本次试验重点验证对象。整套测试在安徽肯坦戈的试验平台开展，整体测试分为两大阶段。

第一阶段为超过3500小时的恒流耐久试验，试验条件设定65℃、3A/cm²，阴极压力2MPa。该阶段模拟电解槽持续稳定制氢场景，检验膜电极在高电流密度长时间连续运行状态下的老化特性。

第二阶段大约1500小时，采用模拟光伏波动工况，电流密度在低负荷至3A/cm²区间持续变化，设备反复启停、升降载，复刻野外光伏电站出力不稳定的真实环境。两个阶段叠加，总运行时长突破5000小时，同时覆盖稳态长时运行与新能源动态波动两大典型场景。

四大核心指标，验证薄膜膜电极综合性能

在长达5000小时的试验过程中，50μm膜电极展现出均衡的综合性能。在衰减特性方面，3500小时恒流耐久测试中，有效对比区间内小室电压仅上升21mV，折算衰减率约6.1mV/1000h。在3A/cm²高电流密度工况下，电压曲线保持平稳，没有出现加速衰减迹象，证明超薄质子膜搭配配套催化层结构，可以实现长期稳定运行。

气体安全性能是薄膜路线最受关注的指标。测试全程采用真实光伏电站出力曲线作为输入，模拟每日白天开机、傍晚停机的运行模式。在光伏波动工况下，膜电极氧中氢浓度多数时间低于0.02%，全程最高值不超过0.05%。即便在阴极3MPa、阳极常压的严苛压差条件下，氧中氢依旧维持在0.02%左右。数据证明，50μm薄膜在降低欧姆阻抗的同时，依然保有可靠的气体阻隔能力，有效抑制氢气跨膜渗透。

动态响应能力适配风光波动场景。整套系统变载速率可达20%/s，已经达到测试电源上限。在1500小时动态工况测试中，面对频繁启停与大幅度负荷调整，8个小室电压保持稳定，能够快速跟随功率指令完成升载、降载。这种秒级响应能力，正是风光离网制氢场景所必需的性能。

得益于低气体渗透，膜电极的电流效率维持高位。长时间稳态运行以及动态波动工况下，产氢效率稳定大于97%。薄膜路线不再需要牺牲安全与效率换取材料减量，这也是本次试验最关键的突破点。

50微米电解槽由日本丰田在天津中汽研进行测试

多场景交叉验证，加速技术落地进程

除本次兆瓦级短堆5000小时测试之外，枡水这款50μm膜电极还完成了由日本丰田主导、在天津中汽研开展的加速耐久测试。该测试采用变载加启停循环工况，变载速率同样设定20%/s，320小时累计完成超过3万次升降载循环。按照约15倍加速因子换算，等效于4800小时恒流耐久，3A/cm²条件下平均小室电压升高24.5mV。

两项试验侧重点不同，加速耐久侧重于高频动态启停的抗疲劳能力，兆瓦级彩虹堆试验则聚焦大面积组件长周期连续运行。两组试验数据相互印证，证明50μm膜电极在不同工况下的耐久潜力。

薄膜化路线，指向PEM电解槽降本目标

早在2024年，枡水科技就测算，采用50μm膜电极方案，PEM电解槽成本有望降至117.7万元/MW。该测算当时引发行业讨论，而连续多轮长周期试验，正在逐步验证这条薄膜路线的可行性。质子膜减薄可以降低膜材料用量，减少欧姆损耗，是压低电解槽投资成本的重要方向。

项目团队表示，下一步将依托客户风光离网制氢项目，在真实工程场景继续检验膜电极长期运行表现，验证技术方案的经济价值。与此同时，研发团队还在推进25μm超薄膜质子交换膜电极的研发工作，持续探索PEM制氢材料的性能边界，推动绿氢装备成本持续下行，助力可再生能源制氢规模化推广。

标签： 光伏电站 可再生能源