电解槽电堆是将多节电解单电池串联叠放、夹紧在两块端板之间的组件，一路电源即可驱动全部单电池。好的单电池只是电堆的起点，而不是终点。单电池组装成堆之后，压紧力、流体分配、电接触和热条件决定了单电池性能能保留多少。
好的电解单电池是好电堆的起点，但并不是全部。
多节单电池组装成电堆后，它们开始共享机械压紧、流道、电气界面和同一个热环境。此时，性能已不再仅由电化学部件决定。
难点变成：如何在整个电堆中复现单电池的良好性能，并让它长期保持下去。
什么是电解槽电堆？
单节电解单电池的工作电压通常只有几伏。为了达到实用的功率等级，需要把多节单电池电气串联，组装成一个整体结构，这个组件就是电解槽电堆。
从外观看，电堆像是夹在两块端板之间的一组重复的相同单电池。但简单地重复一节好单电池，并不能保证得到一个好电堆。
每节单电池都必须在足够相近的条件下工作。这意味着整个组件内的压紧力、流体分配、电接触、温度和密封都要保持一致。其中任何一项的细微差异，都可能表现为单电池之间的性能差异。
电堆工程正是从这里开始的。
电堆内部有什么？
电解槽电堆由电化学部件，以及连接、供给、密封和压紧这些部件的结构共同组成。
- 膜电极（MEA）。由膜和催化层构成，电化学反应在这里发生。其特性在很大程度上决定了单电池层面可达到的效率和性能。
- 多孔传输层（PTL）。在提供电接触的同时，让反应物和产物在电极与周围流场结构之间传输。导电和传质需要同时兼顾。
- 双极板。隔开相邻单电池，在单电池之间传导电流，并提供将流体分配到活性面积上的流场。
- 密封件。让气体和液体沿预定路径流动，并保持单电池内不同区域之间的隔离。
- 压紧结构。将重复叠放的单电池组件固定为一体，并维持电接触、密封和尺寸稳定所需的机械载荷。
这些部件没有一个是独立工作的。改变压紧力会影响电接触和多孔结构；改变流场会影响温度和气体排出；改变一个界面，可能改变另一个界面的机械状态。
因此，电堆必须作为一个集成结构来对待，而不是一堆独立部件的集合。
- AEM 电堆硬件部件→HXS 系列电堆用的双极板、垫片和端板，可单独订购。
- AEM 电解槽电堆集成指南→电堆对您的系统辅助设备有哪些要求：电解液回路、接口、热负荷与调试。
- 购买 2 kW AEM 电堆→HXS-2：23 节单电池，每天产氢 1 kg，现已可订购。
电堆部件逐一说明
上面提到的每个部件都可以单独购买。下表列出我们自有电堆所用的材料，与部件页和产品页上公布的内容一致。
| 部件 | 作用 | 我们的电堆采用 |
|---|---|---|
| 双极板 | 隔开单电池、传导电流、分配流体 | 镍基金属板可按需提供纯镍、钛或镀铂钛 |
| 垫片 | 让气体和电解液沿各自路径流动 | HXS-2 和 HXS-30 采用 EPDM 垫片组HXS-0 采用 PTFE 或 FEP 薄膜 |
| 端板 | 在整个电堆上保持压紧力 | SUS316L可按需提供钛、SUS304 或钢 |
| 阳极 | 析氧反应 | HXP-an泡沫镍上原位生长的 NiFe LDH，不含贵金属 |
| 阴极 | 析氢反应 | HXP-ca碳纸上的 Pt/C 或 PtRu/C，0.2 mgPGM/cm² |
| 膜 | 隔离气体并传导 OH⁻ | 阴离子交换膜可小批量供应 |
| 多孔传输层 | 提供电接触，并为液体和气体提供通道 | 阳极侧采用多孔镍 |
更换材料，改变的不只是这个部件本身。公布的性能数据只适用于按原设计构建的电堆，因此材料变更需要单独划定验证范围。
- 电堆硬件：双极板、垫片、端板→可单独订购，也可按您的电堆和单电池数量成套订购。
- AEM 膜→我们自有电堆所用的膜，可小批量供应。
- 离聚物→在颗粒型催化层中起粘结作用并传导离子的聚合物。
- 镍基底与多孔传输层→我们的阳极赖以生长的多孔金属。
单电池数量如何决定产量
电堆中的单电池为串联连接，同一电流流过每一节单电池。每节单电池的产氢量与该电流成正比，因此在给定电流下，电堆的产氢量和电压都随单电池数量增加而上升。
这给了电堆设计者两个调节手段：单电池面积决定每节单电池在合理电流密度下能承载多大电流；单电池数量则将单节的产量成倍放大。
| HXS-30 阶段 | 全部单电池的电压差（最大 − 最小） | 条件 |
|---|---|---|
| 5 节2026 年 6 月 | 15 mV1.615 至 1.630 V | 约 360 A · 电解液 60 °C |
| 15 节2026 年 8 月 26 日 | 40 mV平均 1.664 V，σ 9.6 mV | 360 A · 0.1 M KOH · 50 °C · 首次运行 |
| 46 节2026 年 9 月 | 33.7 mV每节 1.658 V | 约 360 A · 0.1 M KOH · 50 °C · 首次长期运行记录的起点 |
增加单电池数量是组装与均匀性的问题；扩大单电池面积，则会改变单电池内部发生的事情。
单电池数量增多，也正是难点所在。我们在开发 HXS-30 时分阶段增加单电池，每个阶段都测量每一节单电池，因为最好与最差单电池之间的差值，正是随单电池数量增长的那个指标。
- AEM 电堆从 79 cm² 放大到 512 cm²→5 节和 15 节两行数据背后的技术笔记，包括最初出了什么问题。
- 46 节 HXS-30 完整电堆→完整电堆的首次长期运行记录，附每一节单电池的电压。
- 并联多台还是用更大的电堆→什么时候采用多台相同的小电堆，什么时候升级到更大的电堆。
单电池变成电堆后，什么会改变？
活性面积变成了分配问题
增大活性面积，不只是让单电池能承载更大电流，也拉长了流体、电流、热量和机械载荷需要均匀分配的距离。
因此，大单电池并不是小单电池的简单几何放大。在整个活性面积上维持相近的条件，本身就是一个设计课题。
压紧力必须均匀
电堆需要足够的压紧力来维持电接触和密封，但压紧力并非越大越好。
压紧力太小，可能增大接触电阻或降低密封可靠性；太大，则可能使部件变形，并改变多孔结构内的传输。
仅看平均压紧力是不够的。关键在于这份载荷在活性面积上分布得有多均匀，以及在整个电堆中能否保持。
流体必须稳定到达每个区域
进入电堆的平均流量，并不能说明流体在内部如何分配。每节单电池、每节单电池的每个部位，都应获得足够相近的运行条件。
分配不良会造成浓度、温度、气体排出和压力的局部差异，这些局部差异最终可能表现为电压或衰减上的差异。
重复的界面会放大细微差异
单个测试电池只包含有限的几个界面，而电堆会把这些界面重复很多次。
部件厚度、表面接触、密封或装配上的细微差异，在单节单电池中可能难以察觉，但在整个电堆中重复出现时，就可能累积起来或变得更加重要。
平均性能并不是全部
一个电堆的平均电压可能还算合理，但其中个别单电池的表现却各不相同。这就是单电池间一致性重要的原因。
即使电堆整体数字看起来仍可接受，一个偏弱或异常的区域也可能影响运行极限、效率、气体品质或耐久性。
因此在电堆验证中，了解电堆内部的离散程度，可能与了解平均值同样重要。
为什么单电池结果不能自动放大
单电池测试必不可少。它可以在受控条件下研究膜、电极、催化剂、界面和运行条件。但它回答的问题与电堆测试不同。
- 单电池结果回答的是：这种电化学配置能否表现良好？
- 电堆测试回答的是：这种性能能否在多节单电池组成的组件中复现？
- 制造又增加了第三个问题：能否在不同台产品上稳定复现同样的电堆性能？
单电池结果出色固然重要，但不足以证明电堆已经成熟。
这是开发的不同阶段。从第一阶段走到第二阶段，会引入流体分配、压紧均匀性、重复界面、电接触、温度梯度以及单电池间的差异。
从第二阶段走到第三阶段，则会引入制造公差、装配重复性和质量控制。
到了电堆层面，耐久性的含义也变了
耐久性常常用一个衰减率来表示。但只有了解它背后的条件，这个数字才有意义：电流或电流密度、温度、流体条件、压力、测试时长，以及计算衰减所依据的基准，都很重要。
电堆耐久性还多了一层：电堆的各个部分是否以相似的方式老化。
平均电压稳定，并不一定意味着每节单电池的表现都相同；同样，电堆电压的变化本身也说明不了变化源自哪里。因此，电堆的长期验证既需要时间，也需要背景条件。
电解槽电堆技术参数表应告诉你什么？
一份有用的技术参数表，应让读者不仅了解测得了什么性能，还了解是在什么条件下测得的。
- 活性面积
- 额定电流与电压
- 额定产氢量
- 工作温度
- 流体或电解液条件
- 工作压力范围
- 气体纯度或气体互窜数据（如适用）
- 效率及其计算依据
- 耐久性或衰减数据，以及对应的测试条件
运行条件不是脚注。在某一温度或工况点测得的效率，不能与在其他条件下测得的数字直接比较。
衰减也是如此。一个耐久性数字如果没有注明电流、温度、压力、测试时长及其他相关运行条件，就很难解读。
还需要知道结果来自单电池、短堆还是完整电堆。测试对象越大，结果中包含的真实电堆工程因素就越多。
电堆与系统
电堆只有在有设备为它提供直流电、合适温度的水和电解液、把气体引走并监控整个过程时，才能产氢。这些外围设备就是系统辅助设备（BoP），电堆加上 BoP 才构成电解系统。
两者的差别体现在能耗数据上。我们的 HXS-2 电堆每公斤氢耗电 44 kWh；以它为核心的完整 HXB-V1 系统为 54 kWh/kg，约 10 kWh/kg 的差值来自 BoP。因此，电堆数据和系统数据是两种不同的指标，只能同类相比。
现状值与目标值均与寿命末期 10% 的性能损失相对应。
来源U.S. DOE Technical Targets for Liquid Alkaline Electrolysis: separate stack and system energy rows (2022 status 51 and 55 kWh/kg) · U.S. DOE Technical Targets for PEM Electrolysis
- 电解系统与电堆→BoP 增加了什么，以及为什么系统效率不等于电堆效率。
- HXB-V1 · 2 kW 交钥匙系统→HXS-2 电堆与其 BoP 集成在一个机架中。
将电堆集成到自有装置中
购买裸电堆，意味着 BoP 由您这一侧负责。对 HXS-2 而言，这包括：与运行电流范围匹配的直流电源、标准流量 4 L/min 的电解液循环回路和泵、冷却与温度控制、气液分离、带放空和排液的出口管路、仪表、控制以及现场氢气安全。
这些都不罕见，但每一项都受电堆设定的限制：接口、热负荷、电堆的额定压力以及调试顺序。这些都写在集成指南里，设计可以从这些限制出发，而不是在过程中才发现它们。
- AEM 电解槽电堆集成指南→HXS-2 的电解液回路选型、接口、热负荷、压力限制与调试。
- 系统辅助设备：电解槽电堆周围需要什么→电源、水、电解液、气体处理、仪表与安全，逐个回路说明。
- 把电解槽放进您自己的装置→哪些可以设定、读取和连接。
- 电解液循环部件→能耐受高温 KOH 的泵组，按您的回路选型。
采购电解槽电堆：从测试电池到 30 kW
HydroXpand 的工作覆盖 AEM 电解水设备开发的多个阶段。
HXS-0 是我们的测试电池平台，用于在不同活性面积下评估膜、电极、催化剂及其他电化学部件。
HXS-2 是我们的 2 kW 级 AEM 电解水电堆，现已可订购，可与您自有的 BoP 集成。产品页提供运行条件、性能与耐久性数据、接口细节以及当前交货期。
HXS-30 是我们的 30 kW 级电堆。46 节完整电堆的设计产氢量为 6,900 NL/h（15 kg/day），现已可订购；它于 2026 年 9 月完成首次运行，目前正在进行长期评估。
这些平台回答的问题各不相同，但属于同一条开发路径。测试电池告诉我们一个电化学方案是否可行；多节电堆告诉我们这种性能能否在更大的组件中复现；长期运行告诉我们它能否保持；重复制造则告诉我们它能否稳定量产。
良好的单电池性能，是电堆开发的起点。
让这种性能在各单电池间保持一致、长期稳定且可重复，才是电堆工程的核心任务。
- 购买 2 kW AEM 电堆（HXS-2）→查看电堆规格、集成要求和当前交货期。
- HXS-2 电堆集成指南→为自建 BoP 提供电解液回路选型、接口、热负荷与压力限制。
- HXS-30 · 30 kW 级电堆→46 节完整电堆现已可订购，首次运行后正在进行长期评估。
- HXS-0 · 测试电池→用于评估客户自备的催化剂、电极和膜。
- 什么是电解系统→再往上一层：电堆周围的 BoP，以及为什么系统效率不等于电堆效率。
- 什么是膜电极（MEA）→电堆中每一节单电池内部的核心部件，以及决定其好坏的因素。
- 技术参数表→六款产品的英文版，无需填写表单。
- 单电池电压分布→一个电堆电压背后隐藏了什么，以及应向供应商索取哪些数据。
- AEM 电解水：技术与实测数据→AEM 电解水的工作原理、单电池内部结构，以及我们电堆背后的数据。
- 电解槽效率详解→为什么电堆数据与系统数据不是同一个数字。
- AEM 电解水技术成熟了吗？→电堆层面已验证了什么，附运行时长与条件。
- 选型：并联多台还是用更大的电堆→什么时候采用多台相同的小电堆，什么时候升级一档。
常见问题
什么是电解槽电堆？
电堆是将多节单电池组装在端板之间并压紧而成的组件，电流、电解液和气体在所有单电池之间共享。压紧力、流体分配和电接触决定了单电池性能能保留多少。
为什么单电池结果不能直接放大到电堆？
因为活性面积变成了分配问题，压紧力必须均匀，而且重复的界面会放大细微差异。出色的单电池结果是必要条件，但不足以证明电堆已经成熟。
电解槽电堆技术参数表应告诉你什么？
每个数字背后的运行条件；单电池间的电压离散，而不只是平均值；以及在电堆层面给出、注明运行时长和条件的耐久性数据。
单电池数量如何改变电堆的产量？
单电池串联连接，同一电流流过每一节单电池；在给定电流下，产氢量和电堆电压都随单电池数量增加而上升。我们的 HXS-2 采用 23 节 79 cm² 单电池，功率 2 kW；HXS-30 采用 46 节 512 cm² 单电池，属于 30 kW 级。
电解槽电堆和系统有什么区别？
电堆是发生电解反应的单电池组合；系统则在此基础上增加 BoP，负责供电、供水、供电解液并处理气体。我们的 HXS-2 电堆耗电 44 kWh/kg 氢，完整的 HXB-V1 系统为 54 kWh/kg。
参考资料
- Technical Targets for Liquid Alkaline Electrolysis — U.S. Department of Energy
- Technical Targets for Proton Exchange Membrane Electrolysis — U.S. Department of Energy
正在为具体应用评估 AEM 吗？