在清潔能源的宏大畫卷中，AEM電解水制氫技術(shù)正以成本與效率的雙重潛力吸引全球目光。而在AEM電解槽內(nèi)部，有一個看似微小卻至關(guān)重要的核心角色——催化劑。它如同電解水制氫過程中的“能量加速器”，默默驅(qū)動著水的分解反應(yīng)，是提升效率、降低成本的關(guān)鍵所在。

“分子拆解工”：催化劑的使命

水分子（H?O）的分解絕非易事，需要克服巨大的能量壁壘才能拆開氫（H）與氧（O）之間的牢固連接。催化劑的核心使命，就是為這一關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)鋪設(shè)一條“捷徑”——顯著降低反應(yīng)所需的能量門檻（即過電位），加速反應(yīng)速率，讓水分子在較低能耗下高效裂解為氫氣和氧氣。

在AEM電解槽中，催化劑主要分布在兩個核心區(qū)域：

陰極（產(chǎn)氫側(cè)）：負(fù)責(zé)加速析氫反應(yīng)（HER），高效產(chǎn)生氫氣。

陽極（產(chǎn)氧側(cè)）：負(fù)責(zé)加速析氧反應(yīng)（OER），生成氧氣。

鉑族貴金屬：優(yōu)異性能與現(xiàn)實(shí)困境

長期以來，鉑（Pt）、銥（Ir）、釕（Ru）等貴金屬催化劑憑借其卓越的活性與穩(wěn)定性，被視為電解水制氫催化劑的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。然而，它們的廣泛應(yīng)用面臨著難以逾越的障礙：

高昂成本：貴金屬資源稀缺，價格昂貴（如鉑金價格每克可達(dá)200元以上），直接推高了電解槽的設(shè)備成本。

資源限制：貴金屬全球儲量有限且分布不均，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用存在資源“卡脖子”風(fēng)險。

破局之路：非貴金屬催化劑的崛起

為突破貴金屬桎梏，降低電解水制氫成本，科研界正全力探索高性能、低成本的替代方案：

過渡金屬基材料：鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）、錳（Mn）等金屬及其氧化物、氫氧化物、磷化物、硫化物、氮化物等化合物，展現(xiàn)巨大潛力。鎳鐵基（NiFe）催化劑在OER方面表現(xiàn)尤為亮眼，活性直逼貴金屬。

碳基材料：通過對碳材料（如石墨烯、碳納米管）進(jìn)行雜原子摻雜（N, P, S, B等）或負(fù)載過渡金屬單原子/團(tuán)簇，可有效調(diào)控其電子結(jié)構(gòu)，顯著提升HER或OER活性。

無金屬催化劑：某些經(jīng)過精心設(shè)計的碳氮材料或其他有機(jī)框架材料，也能展現(xiàn)出令人矚目的催化性能。

納米結(jié)構(gòu)工程：通過制備納米顆粒、納米線、多孔結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)等，極大增加催化劑的活性位點(diǎn)數(shù)量（比表面積），優(yōu)化反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)過程。

AEM的獨(dú)特優(yōu)勢：催化劑的“友好舞臺”

相比于PEM電解槽在強(qiáng)酸性環(huán)境下工作，AEM電解槽在較溫和的堿性條件下運(yùn)行，為催化劑選擇帶來顯著優(yōu)勢：

更廣闊的“材料庫”：堿性環(huán)境對材料的腐蝕性遠(yuǎn)低于強(qiáng)酸環(huán)境，許多在酸性中不穩(wěn)定的非貴金屬催化劑（如鎳、鐵基材料）得以大展身手。

降低成本潛力巨大：擺脫對鉑、銥等昂貴貴金屬的依賴，是AEM技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本制氫的核心競爭力之一。催化劑成本下降將直接推動整個電解槽系統(tǒng)成本下降。

挑戰(zhàn)發(fā)展并存：禾帆氫能零貴金屬催化劑探索

盡管非貴金屬催化劑在AEM中前景光明，但走向大規(guī)模應(yīng)用仍需經(jīng)過多重挑戰(zhàn)，圍繞核心問題不斷優(yōu)化迭代：

活性與穩(wěn)定性平衡：在保持高活性的同時，實(shí)現(xiàn)數(shù)千甚至上萬小時長期穩(wěn)定運(yùn)行，仍是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

膜電極一體化（MEA）優(yōu)化：如何將催化劑與AEM膜、氣體擴(kuò)散層等高效集成，構(gòu)建高性能、長壽命的膜電極組件。

南通禾帆氫能在攻克非貴金屬催化劑技術(shù)難題的道路上，積極布局并取得重要進(jìn)展。采用資源豐富、低成本的過渡金屬類完全替代貴金屬，在成本上遠(yuǎn)低于目前商用鉑碳催化劑以及氧化銥、氧化釕等稀缺昂貴元素，同時利用先進(jìn)的電極片制備工藝，形成自支撐催化電極片，并經(jīng)多輪技術(shù)優(yōu)化迭代，顯著提高了催化劑的利用率，極大降低生產(chǎn)成本。

上圖所示為南通禾帆氫能陽極/陰極催化電極片

催化劑，這個AEM電解槽內(nèi)部的“能量加速器”，其性能每一次提升，都是推動綠氫成本下降的重要力量。隨著非貴金屬催化劑在活性、穩(wěn)定性及規(guī)模化制備方面不斷取得突破，它們將在AEM電解槽舞臺上發(fā)揮重要作用，加速綠氫經(jīng)濟(jì)邁向更廣闊的未來。