近日，碳能科技（北京）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“碳能科技”）Zirmbrane?3D三維復合隔膜在千方堿性電解槽（ALK）首次開(kāi)機測試取得圓滿(mǎn)成功，開(kāi)啟國產(chǎn)化復合隔膜技術(shù)新時(shí)代。
在額定產(chǎn)氫量1000 Nm3/h的條件下，相較傳統PPS電解槽，小室數量減少1/3，電流密度5000 A/m2時(shí)，制氫能耗低至4.3 kWh/Nm3，在額定負荷及25%負荷運行下，氧中氫含量分別控制在0.4%和1.25%，展現卓越的隔氣性。此外，在模擬風(fēng)光波動(dòng)性電力測試中表現出色的負荷跟隨能力，為可再生能源與綠氫制取的深度融合提供強大支持。
一、復合隔膜：綠氫產(chǎn)業(yè)的核心驅動(dòng)力
隔膜是堿性電解槽（ALK）的核心組件，直接決定制氫的經(jīng)濟性、安全性和穩定性。作為綠氫制取的關(guān)鍵材料，復合隔膜憑借獨特的多孔結構和永久親水性，展現出卓越的低能耗與隔氣性能，為電能到化學(xué)能的高效、穩定轉換提供堅實(shí)保障。根據結構差異，復合隔膜分為傳統復合隔膜和三維復合隔膜，分別代表成熟應用與技術(shù)革新的雙重突破。
二、常規復合隔膜：成熟可靠，設計要求嚴苛
常規復合隔膜采用“網(wǎng)布基底+陶瓷涂層”的復合結構，以PPS（聚苯硫醚）網(wǎng)布為基底，通過(guò)涂覆二氧化鋯與親水聚合物形成“三明治”式多層結構（見(jiàn)圖1）。
圖1 常規復合隔膜結構示意圖和實(shí)物圖
該結構具備55%以上的開(kāi)孔率，構筑高效離子傳輸通道，顯著(zhù)降低電解槽直流能耗并提升單位面積產(chǎn)氫量。其微納米通道和親水性使第一泡點(diǎn)壓力達0.3 MPa以上，有效阻隔氫氧互串，確?？稍偕茉措娏鞑▌?dòng)下的運行安全。
過(guò)去三年，傳統復合隔膜在多個(gè)大型制氫項目中得到驗證，性能穩定可靠，但其本身耐擠壓、耐摩擦性不足的問(wèn)題也較為明顯，若電解槽結構設計不當，可能導致過(guò)度壓縮損壞，影響氣密性和使用壽命。因此，其應用需高度適配電極、氣體擴散層及雙極板設計，在優(yōu)化設計的電解槽體中表現優(yōu)異。
三、三維復合隔膜：結構革新，全面突破
為突破傳統隔膜瓶頸，碳能科技推出Zirmbrane?3D系列三維復合隔膜，采用創(chuàng )新的“鳥(niǎo)巢”式三維交織一體化結構（見(jiàn)圖2）。該產(chǎn)品在大型電解槽首次測試中展現卓越性能，奠定國產(chǎn)化復合隔膜新標桿。
圖2 三維復合隔膜結構示意圖和實(shí)物圖
四、技術(shù)亮點(diǎn)與性能優(yōu)勢
1. 結構創(chuàng )新：膜層均勻分布于增強纖維交織的立體彈性空間，厚度壓縮量高達40%，摩損率僅為常規隔膜的30%，120℃強化堿煮48小時(shí)后質(zhì)量損失率低于0.3%。即使電解槽結構設計不當導致過(guò)度壓縮，三維復合隔膜仍能保持結構完整和氣密性，大幅降低損壞風(fēng)險。
2. 兼容性突破：適應雷尼鎳電極的表面粗糙度，兼容多種板網(wǎng)、乳突氣體擴散層，降低裝配擠壓及運行中應力風(fēng)險，極大提升大型電解槽長(cháng)期運行可靠性。
3. 高效節能：在600 μm厚度規格下，延續高泡點(diǎn)壓力（0.3 MPa以上），電流密度媲美常規隔膜。測試顯示，室溫下、30wt.%KOH溶液中面電阻低于0.28 Ω·cm2，在6000 A/m2電流密度內，小室電壓與常規復合隔膜相當。
4. 安全穩定：彎折無(wú)開(kāi)裂掉粉、抗擠壓能力強，裝配友好，剛性耐磨，與雷尼鎳電極兼容性強。額定負荷及25%低負荷下，氧中氫含量分別低至0.4%和1.25%，氣密性?xún)?yōu)異。其在模擬風(fēng)光發(fā)電曲線(xiàn)測試中展現出色負荷跟隨能力，為可再生能源深度融合提供強大支持。
Zirmbrane?3D系列通過(guò)工藝優(yōu)化，逐步改進(jìn)，成為國產(chǎn)復合隔膜的新質(zhì)代表。目前，減薄型、低內阻三維復合隔膜進(jìn)入研發(fā)沖刺階段，試樣驗證加速推進(jìn)，有望進(jìn)一步降低能耗與成本，引領(lǐng)堿性電解水制氫技術(shù)新高度。
五、展望：三維隔膜，點(diǎn)亮綠氫未來(lái)
從成熟的常規復合隔膜到首測告捷的Zirmbrane?3D三維復合隔膜，碳能科技以創(chuàng )新材料助力綠氫產(chǎn)業(yè)邁向更加高效、安全的新階段，以技術(shù)創(chuàng )新賦能全球碳中和目標，點(diǎn)亮可持續能源未來(lái)！
碳能科技長(cháng)期致力于碳中和利用技術(shù)研發(fā)及商業(yè)化，秉承崇尚科技、追求源頭創(chuàng )新的理念，是國內較早從事制氫復合隔膜研究與生產(chǎn)的科創(chuàng )型企業(yè)。率先完成了國內首條大寬幅（有效寬幅達2.5米）卷到卷復合隔膜產(chǎn)線(xiàn)建設，實(shí)現了進(jìn)口替代，解決了“卡脖子”問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次技術(shù)迭代，碳能復合隔膜已成功應用于大型制氫電解槽，并得到了行業(yè)客戶(hù)的高度認可，為中國氫能發(fā)展貢獻碳能力量。
首發(fā)展旗下在管子基金——北京首科開(kāi)陽(yáng)創(chuàng )業(yè)投資中心（有限合伙）于2017年投資碳能科技，在集團“資本+服務(wù)”一體兩翼模式下，為碳能科技的持續發(fā)展提供投資與孵化服務(wù)：一是對接碳能科技落地房山，為其申請相關(guān)租金優(yōu)惠及人才引進(jìn)政策支持，并隨公司發(fā)展，為其提供中關(guān)村前孵化創(chuàng )新中心場(chǎng)地資源，擴大其運營(yíng)面積；二是積極對接相關(guān)資源，分別從產(chǎn)業(yè)資源、政策資源、政府資源等多個(gè)維度對碳能科技持續進(jìn)行幫助；三是邀請行業(yè)內知名專(zhuān)家學(xué)者對碳能科技“CO?電化學(xué)轉化技術(shù)”進(jìn)行鑒定，證明其自主研發(fā)的CO?制化學(xué)品生產(chǎn)線(xiàn)的反應效率和產(chǎn)物選擇性達到國際先進(jìn)水平，催化劑的壽命等部分指標達到了行業(yè)領(lǐng)先水平。四是搭建企業(yè)與投資機構溝通的橋梁，旨通過(guò)拓寬企業(yè)外部資源、投融資對接渠道，為企業(yè)持續提供融資資源。
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本文由“北京首都科技發(fā)展集團”公眾號編輯，來(lái)源“碳能科技”。
