一张膜撑起绿氢半壁江山？揭秘碱性电解槽里的PPS“神器”

热门资讯 2025年08月18日 14:07 1 admin

氢能作为一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，对构建清洁低碳安全高效的能源体系，实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。电解水技术被认为是最理想和环保的制氢方式。

目前已经实现商业化的电解水制氢技术主要有两种，分别是碱性水电解（ALK）和质子交换膜电解（PEM）。其中，碱性电解水制氢技术因成本低、寿命长和材料来源丰富等优点，在电解水制氢中占主导地位。

碱性电解水制氢系统主要包括碱性制氢电解槽主体和BOP辅助系统，而碱性制氢电解槽主体是由端压板、密封垫、极板、电极、隔膜等零部件组装而成。其中，隔膜的选材和结构设计对提高整个系统的效率和稳定性至关重要。碱性电解槽在电解过程中，阳极产生氧气，阴极产生氢气，隔膜的主要作用就是阻止氢气和氧气混合，并提供良好的离子导率。

碱性制氢电解槽结构示意图

碱性电解水制氢隔膜示意图，资料来源：碳能科技

碱性制氢隔膜经历了三代发展，第一代是石棉隔膜，现已被淘汰；第二代是PPS（聚苯硫醚）隔膜，是目前应用主流；第三代是复合隔膜，被视为未来趋势。

一、PPS隔膜

PPS隔膜，又叫PPS织物隔膜，是PPS纤维经过机织、水刺等工艺制备而成的隔膜布。PPS（聚苯硫醚）是一种高性能的特种工程塑料，能在碱液条件和高温条件下保持性能稳定，因此被用来制备碱性制氢隔膜。

PPS隔膜的优势在于其优秀的电气性能和化学稳定性。它具有较高的离子选择性，能够有效地促进离子的迁移，从而提高电解效率。同时，PPS隔膜还具有良好的耐碱性和耐高温性，能够适应碱性电解水制氢过程中的严苛环境。

同样，PPS隔膜也不是完美的，它的缺点在于亲水性太弱。亲水性不好，会导致隔膜布不能被电解液充分润湿，隔膜的离子通过性变差，进一步地，隔膜电阻大，最终使得电解槽电解效率低，极大浪费了电力能源。

在制备工艺方面，PPS隔膜有分短纤维和长丝两条生产路线。

PPS隔膜的生产涉及纺纱、整经、编织、热轧定型、磺化等多个环节，每个环节的关键指标都直接影响最终产品的性能以及稳定性。

原料处理

将PPS树脂在高温下熔融，通过纺丝组件制成丝绒状的纤维体，部分厂家会在这一步之前对PPS树脂进行稳定结构的改性处理。

纺纱与织造

PPS短纤维通过特定的纺纱工艺形成均匀的纱线，然后利用先进的织机将纱线织成隔膜布。

图源：月莫新材

热轧定型

热轧通过物理压缩，赋予PPS隔膜高强度、低透气性和耐化学腐蚀性，是保障其在高温碱性环境中长期稳定运行的决定性工序。热轧常作为磺化亲水处理的前置步骤。热轧定型后的隔膜更易进行磺化处理，两者结合可同时改善亲水性和结构稳定性。

近年来，超细PPS纤维技术取得突破，40~60μm厚度的超薄编织纤维膜已实现产业化，但规模化生产仍面临严峻挑战——其厚度一致性控制在±1μm的极高标准，对后端热轧压光设备的机械精度和温度控制提出了近乎苛刻的要求。

目前国内上海联净的PPS纤维基膜热轧压光设备已达行业要求，其凭借高精度压光技术，在业内占据领先地位。

图源：上海联净

机械精度：压光机机械精度控制在±0.005mm以内，通过高刚性辊筒设计和精密制造，有效抑制高温下的形变，确保膜层均匀性。

温度控制：采用专利电磁感应加热辊，温度波动严格控制在±1℃范围内。

磺化处理

改善PPS隔膜的亲水性，使其能够更好地被电解液浸润，降低电阻。

裁切

隔膜的裁切尤为重要，一般采用机械剪切、激光切割等手段。这一过程会不同程度的影响隔膜边缘的形态，产生毛边、烧损等现象。

成品

按照客户规格经过裁切形成碱性水电解制氢PPS隔膜成品。提供制备好的PPS隔膜会再进行一系列的性能测试，包括表面性能、机械强度、面电阻、孔隙率和吸碱性能等。

目前做PPS布或原材料的厂家有：

东丽纤维研究所（中国）有限公司

天津凯瑞科技有限公司

天津津纶新材料科技有限公司

浙江正本新材料有限公司

绍兴超然纺织有限公司

苏州纳磐新材料科技有限公司

德阳科吉高新材料有限责任公司

四川中科兴业高新材料有限公司

海宁昱品环保材料有限公司

二、复合隔膜

前面提到，PPS隔膜会有亲水性不好的问题，那么，改善它的亲水性，比如在PPS布的基础上涂覆氧化锆等陶瓷涂层，就是第三代复合隔膜。

换句话来理解，复合隔膜=聚合物基底+陶瓷涂层。其中，基底一般采用PPS网布，少数会采用聚砜、聚醚醚酮薄膜。

国内外企业相继开发出性能优异的复合隔膜，采用PPS隔膜作为基底,表面涂有无机物。复合隔膜表面涂覆的主要目的是保证隔膜的机械性能，改善隔膜的亲水性，提高隔膜与电解液的相容性，降低电解槽内阻。

复合隔膜结构示意图

目前碱性制氢复合隔膜的供应商主要有：

比利时AGFA爱克发（Zirfon）

碳能科技（北京）有限公司

深圳通微新能源科技有限公司

中山市刻沃刻科技有限公司

宁波中科氢易膜科技有限公司

睿得新材料科技（常州）有限公司

深圳市氢年时代科技有限公司

三、碱性电解水隔膜市场分析

预计2031年全球碱性电解水制氢隔膜市场规模将达到15.02亿美元，未来几年复合平均增长率为49.21%。

碱性电解水制氢隔膜，全球市场总体规模

全球市场主要企业排名

中国氢能产业的崛起，离不开核心材料技术的突破。国内企业用十余年的技术积淀与市场实践，逐步打破了国外企业在关键膜材料领域的长期垄断。这不仅降低了绿氢生产成本，提升了产业链自主可控能力，更在全球氢能革命的浪潮中为中国赢得了话语权。

超10家企业，扛起了碱槽隔膜的“国产化大旗”

天津津纶新材料科技有限公司（PPS隔膜）

苏州月莫新材料有限公司（PPS隔膜）

天津市凯瑞新材料科技有限公司（PPS隔膜）

浙江嘉菲立新材料有限公司（PPS隔膜）

碳能科技（北京）有限公司（复合隔膜）

宁波中科氢易膜科技有限公司（复合隔膜）

广州市刻沃刻科技有限公司（复合隔膜）

深圳通微新能源科技有限公司（复合隔膜）

北京元泰能材科技有限公司（复合隔膜）

深圳市科新氢材有限公司（复合隔膜）

然而，技术突破仅是起点。未来，氢能产业仍需在膜材料的寿命极限、极端工况下的稳定性、大规模制备的成本控制等方面持续攻关。同时，如何将材料创新与系统集成能力结合，构建更高效、更安全的制氢装备，仍是全行业面临的共同课题。可以预见，随着“双碳”目标的深入推进，中国氢能企业将在技术自主与全球协作中，为世界能源转型贡献更多“中国方案”。

文章参考资料：聚芳硫醚类膜重点工程实验室、艾邦高分子、艾邦氢科技网、氢连、路亿市场策略、月莫新材、上海联净

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