什么是膜电极（MEA），它如何影响电解槽的性能

电解槽的效率、电流密度和衰减率，都取决于一个厚度不到一毫米的部件。膜电极（MEA）由一张离子传导膜与阳极、阴极两侧的催化层组成。催化层可以直接涂覆在膜上，也可以负载在膜两侧的多孔电极上。设备中的其他一切，都是为了给 MEA 供电、供水，并把产生的气体排出去。

电解槽的水平不可能超过其内部的 MEA；围绕一张平庸的 MEA 搭建的电堆，无论怎样做工程优化，也难以做出好的指标。

每一层的作用

在 PEM 电解槽中，铂族金属（PGM）含量大部分来自阳极中的铱，但阴极中同样含有铂。

膜负责传导离子并隔开两种气体。在 AEM 单电池中，膜把氢氧根从阴极传到阳极，它面临两项相互矛盾的要求：既要足够薄以保持较低的离子电阻，又要足够强韧，能在压差下保持密封，并在碱性环境中稳定工作多年。

阳极催化层进行析氧反应（OER）。这是水分解中较慢的半反应，也是该领域大部分催化剂研究集中在氧侧的原因。在碱性条件下，它可以使用镍铁催化剂而非铱，这是降低催化剂成本、摆脱对稀缺金属依赖的重要途径。阴极进行析氢反应（HER）。它是较快的半反应，但在碱性条件下明显慢于酸性条件，因此阴极同样需要设计取舍：可以采用低载量的铂族金属（PGM），也可以采用完全不含铂族金属的镍基催化剂，正确的选择要根据电堆的实际工况，在过电位、启停耐久性和成本之间权衡。

离聚物容易被忽视，因为它并不单独成层。它是催化层内部的聚合物，负责在通往催化剂颗粒的最后一段路径上传导氢氧根离子，而且是一个真正的设计变量：用量太少，大量催化剂在电化学上无法被利用；用量太多，气体又难以从催化层中逸出。

来源Molecules 26(21):6326 (2021): oxygen evolution as the rate-limiting half reaction · U.S. DOE Technical Targets for PEM Electrolysis: PGM content of PEM electrolyzers · IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction (2020): rare metals as a share of PEM system cost

将催化剂置于所需位置的两种方法

两种路线并无天然优劣，商业产品中都有使用。向供应商提问的重点不是他们用哪一种，而是他们能否稳定地重复这一工艺。两个实验室即使用同一种催化剂粉末，只要浆料配方不同，测出的性能就不会一样。

好 MEA 与差 MEA 的区别

• 界面比材料更关键。性能强的催化剂配上差的界面，表现反而不如普通催化剂配上好的界面，因为损失不在催化剂活性本身，而在电子、离子和气体进出催化剂的过程中。
• 离聚物载量是设计变量，而不是细节。同一种催化剂在不同载量下会得到明显不同的极化曲线，这也是不同课题组发表的催化剂结果难以横向比较的原因之一。
• 重复性反映的是工艺。一个批次内的离散程度，比批次中最好的那一片更能说明问题。
• 数字离不开测试条件。在更高温度、更高浓度电解液中测得的 MEA 数据，换到较温和的工况下不会重现。

我们为什么自己做

MEA 的性能取决于膜、催化层和多孔传输层之间的边界，而这些边界只有在部件组装并压紧之后才真正存在。一张在半电池中表现良好的膜，压在某种特定结构的电极上之后，表现可能完全不同。

因此，我们自主开发催化剂和电极，并设计它们所装入的单电池和电堆。这并不是说一体化是制造电解槽的唯一方式，而是因为这样我们改动其中任何一层时，不必等三家供应商达成一致；也正因为如此，我们能够公开自己数据背后的测试条件，而不是转述别人的数字。

目前已有 10 多个国家的 70 多家客户在使用我们的电极、电堆和系统，从评估自有材料的高校实验室，到现场制氢的企业。

两种电极均可单独购买。HXP-an 是无铂族金属的 NiFe-LDH 阳极，HXP-ca 是催化剂涂覆型阴极，采用 Pt/C 或 PtRu/C，载量 0.2 mgPGM/cm²。两者均现已可订购，尺寸 200 × 300 mm，交货期为订单确认后两周。