2025年，綠氫產業(yè)全面提速。經過2024年的推廣政策落地、示范項目投產以及制氫成本下探的多重驅動下，整個行業(yè)步入加速放量的階段。以“小標方、超高壓”技術路線為代表的高壓PEM電解槽迎來布局機會。

高壓PEM電解槽技術可以減少壓縮設備的投資，直接對接高壓儲氫罐，有效降低制氫能耗成本，產氫效率也非常高。但是高壓PEM電解槽技術也面臨著材料強度、密封設計、安全問題等諸多挑戰(zhàn)。

高壓PEM電解槽研究如何向前突破？有一項研究測試非常重要。

膜電極的氣體滲透測試研究

目前，高壓PEM 電解堆已實現(xiàn)商業(yè)化，但由于膜的吸水特性，在高壓 PEM 電解堆運行過程中，仍存在氣體滲透問題。

PEM電解槽在運行過程中，陰極的一端的氫氣穿過PEM滲透到陽極的一端，形成“氫氧互串”的問題，當氧中氫濃度超過限值，就可能導致火災、爆炸安全事故。

熱力學的“菲克定律”和“亨利定律”解釋了氣體滲透的基本理論。當外界的壓力、溫度不同時，可以影響擴散系數和溶解度，對氣體滲透率產生影響。

研究表明，氫氣由濃差極化引起的由高濃度（陰極側）向低濃度（陽極側）擴散，氣體滲透問題主要受PEM厚度、溫度、電流密度等因素的影響。比如，膜電極的PEM越厚，氣體滲透問題就越小，但PEM增厚又會增加電阻，降低電解制氫性能。

應用高壓PEM電解槽測試臺展開膜電極的氣體滲透問題研究，用試驗測量的方法，模擬電解制氫運行時的溫度、壓力等條件，全面評估各類參數對滲透的影響，分析不同運行電流密度下的氣體滲透行為，探索膜電極的氣體滲透機理。進而探索開發(fā)既能降低串氣風險、又能提升制氫性能的新型膜電極產品。

氧中氫/氫中氧 檢測能力

電解槽在運行過程中，較高電流密度下，電解效率更高，水分子充分轉化為氫氣和氧氣，氣體滲透情況會減緩，此時氧中氫濃度處于較低水平。

然而，隨著電流密度不斷提高，電化學反應越發(fā)劇烈，氫含量越高，導致溶解的過飽和度升高，反而會加劇氫氣滲透。

同理，氫氣中混入了過多的氧氣，就意味著電解反應不充分或存在問題。氧氣濃度超過一定的范圍時，氫氧混合氣體的燃燒性就會大大增強，從而使整個設備變得不安全。

一般來說，氧氣中氫氣的含量應小于4%VOL，以達到安全標準。現(xiàn)實中，在2%（標準值的50%）就會有安全預警。

一邊是要合理的電流密度提升電解效率，另一邊要控制氧中氫濃度保證運行安全，科研人員要如何科學決策呢？依據就是電解槽設備的高精度氧中氫/氫中氧檢測能力。

武漢電弛新能源有限公司研發(fā)的DC780系列PEM電解槽測試臺具備高精度氧中氫/氫中氧檢測能力，儀器應用先進的傳感器實時監(jiān)測氧氣流量、氫氣流量，并提供氣相色譜分析裝置，更好地監(jiān)測氧中氫的濃度，為保證科研人員安全，助力實驗完成。