高压PEM电解槽技术如何向前突破？这项研究测试非常重要

2025年，绿氢产业全面提速。经过2024年的推广政策落地、示范项目投产以及制氢成本下探的多重驱动下，整个行业步入加速放量的阶段。以“小标方、超高压”技术路线为代表的高压PEM电解槽迎来布局机会。

高压PEM电解槽技术可以减少压缩设备的投资，直接对接高压储氢罐，有效降低制氢能耗成本，产氢效率也非常高。但是高压PEM电解槽技术也面临着材料强度、密封设计、安全问题等诸多挑战。

高压PEM电解槽研究如何向前突破？有一项研究测试非常重要。

膜电极的气体渗透测试研究

目前，高压PEM 电解堆已实现商业化，但由于膜的吸水特性，在高压 PEM 电解堆运行过程中，仍存在气体渗透问题。

PEM电解槽在运行过程中，阴极的一端的氢气穿过PEM渗透到阳极的一端，形成“氢氧互串”的问题，当氧中氢浓度超过限值，就可能导致火灾、爆炸安全事故。

热力学的“菲克定律”和“亨利定律”解释了气体渗透的基本理论。当外界的压力、温度不同时，可以影响扩散系数和溶解度，对气体渗透率产生影响。

研究表明，氢气由浓差极化引起的由高浓度（阴极侧）向低浓度（阳极侧）扩散，气体渗透问题主要受PEM厚度、温度、电流密度等因素的影响。比如，膜电极的PEM越厚，气体渗透问题就越小，但PEM增厚又会增加电阻，降低电解制氢性能。

应用高压PEM电解槽测试台展开膜电极的气体渗透问题研究，用试验测量的方法，模拟电解制氢运行时的温度、压力等条件，全面评估各类参数对渗透的影响，分析不同运行电流密度下的气体渗透行为，探索膜电极的气体渗透机理。进而探索开发既能降低串气风险、又能提升制氢性能的新型膜电极产品。

氧中氢/氢中氧 检测能力

电解槽在运行过程中，较高电流密度下，电解效率更高，水分子充分转化为氢气和氧气，气体渗透情况会减缓，此时氧中氢浓度处于较低水平。

然而，随着电流密度不断提高，电化学反应越发剧烈，氢含量越高，导致溶解的过饱和度升高，反而会加剧氢气渗透。

同理，氢气中混入了过多的氧气，就意味着电解反应不充分或存在问题。氧气浓度超过一定的范围时，氢氧混合气体的燃烧性就会大大增强，从而使整个设备变得不安全。

一般来说，氧气中氢气的含量应小于4%VOL，以达到安全标准。现实中，在2%（标准值的50%）就会有安全预警。

一边是要合理的电流密度提升电解效率，另一边要控制氧中氢浓度保证运行安全，科研人员要如何科学决策呢？依据就是电解槽设备的高精度氧中氢/氢中氧检测能力。

武汉电弛新能源有限公司研发的DC780系列PEM电解槽测试台具备高精度氧中氢/氢中氧检测能力，仪器应用先进的传感器实时监测氧气流量、氢气流量，并提供气相色谱分析装置，更好地监测氧中氢的浓度，为保证科研人员安全，助力实验完成。