質子交換膜

概念定義

質子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡稱 PEM）係一種具有質子傳導同阻隔功能嘅膜，亦係質子交換膜燃料電池（PEMFC）嘅核心部件。喺 PEM 電解水製氫裝置入面，質子交換膜會作為固體電解質使用。膜嘅質子傳導同阻隔表現會影響電池或電解裝置嘅工作性能。

工作原理

質子交換膜嘅基本作用係容許質子通過，同時利用膜層分隔反應區域。喺燃料電池同電解水裝置入面，呢兩項功能令質子可以經指定路徑傳遞，並維持反應物所在區域之間嘅阻隔。質子交換膜因此同時承擔離子傳導介質及分隔層嘅角色。

技術構成

質子交換膜燃料電池嘅每個單電池都以膜電極組件為核心。膜電極組件由質子交換膜、催化劑層同氣體擴散層組成；催化劑層通常含有鉑等貴金屬。質子交換膜位於組件核心位置，負責質子傳導及阻隔；催化劑層參與相關電化學反應，氣體擴散層則屬於膜電極組件嘅另一個主要構成部分。三者共同組成單電池內嘅關鍵功能組件。

應用場景

質子交換膜主要應用於 PEMFC 同 PEM 電解水製氫裝置。前者將膜納入單電池嘅膜電極組件，後者就以膜作為固體電解質。相關膜材料亦有應用於鹼性電解槽及全釩液流儲能系統。

PEM 電解水製氫可用於配合風電、光伏等新能源發電工況。2026年6月，蘭石集團完成每小時1000標準立方米 PEM 電解水製氫系統試驗。該系統電流密度可達每平方厘米3安培，電解槽直流電耗不高於每標準立方米4.2千瓦時；氧中氫濃度穩定喺0.02%至0.04%之間，負荷調節範圍為5%至120%，變載響應能力為每秒10%。

PEM 電解水製氫裝置亦可按特定環境要求設計。2026年6月5日，一套海上專用 PEM 電解水製氫裝置完成模擬海上浮式平台晃動環境適應性試驗，並滿足17級颱風自存工況。呢類測試對應海上平台晃動、負荷變化及極端天氣下嘅裝置適應要求。