État actuel et tendances de développement de l'industrie des électrolyseurs à hydrogène [Sommet des nouvelles énergies]

Lors du Forum sur le développement de l'industrie de l'hydrogène, organisé par SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM) dans le cadre du 10e Salon de l'industrie des nouvelles énergies 2025, Shi Yong, ingénieur en chef de Jiangsu Trina Yuan Hydrogen Technology Co., Ltd., a analysé le sujet « État actuel et tendances de développement de l'industrie des électrolyseurs de production d'hydrogène ». État de développement Positionnement stratégique de l'hydrogène Positionnement stratégique : 1. L'hydrogène est un élément important du système énergétique national futur. 2. L'hydrogène est un vecteur clé pour la transition verte et bas carbone de la consommation d'énergie des utilisateurs finals. 3. L'industrie de l'hydrogène est une industrie émergente stratégique et une direction clé pour le développement industriel futur. Électrolyse de l'eau pour la production d'hydrogène Analyse de marché Selon un rapport de Nexbind Insight Market Research, la capacité de marché des électrolyseurs de production d'hydrogène devrait dépasser 10 milliards de dollars d'ici 2030, avec un taux de croissance de plus de 25,8 % entre 2024 et 2030. Électrolyse de l'eau à oxyde solide à haute température pour la production d'hydrogène (SOEC) Principe : Le SOEC peut théoriquement être considéré comme le fonctionnement inverse d'une pile à combustible à oxyde solide (SOFC). Son principe de fonctionnement implique l'utilisation de la conductivité ionique des électrolytes à oxyde solide à haute température (600-1000 °C) pour électrolyser les molécules d'eau en hydrogène et en oxygène. Scénarios d'application : Énergie nucléaire, métallurgie de l'hydrogène et autres scénarios générant d'importantes quantités de chaleur résiduelle industrielle, réduisant ainsi les émissions de carbone. État de développement : Actuellement au stade de l'essai commercial limité. Avantages de l'état de développement du SOEC 1. Haute efficacité, faible consommation d'énergie : L'efficacité de l'électrolyse à haute température augmente de 20 à 50 %, permettant d'économiser 20 à 30 % d'électricité. 2. Faible coût : Les matières premières sont principalement des poudres céramiques, sans métaux précieux. Combiné à la chaleur résiduelle externe, les économies d'électricité peuvent atteindre jusqu'à ~50 %. 3. Réversibilité : Le SOEC peut passer avec souplesse du mode électrolyseur au mode SOFC, formant un cycle « électricité-hydrogène-électricité ». 4. Vert et bas carbone : Alimenté par des énergies renouvelables, intégré à la chaleur de synthèse chimique, permettant le recyclage du dioxyde de carbone capturé et de l'eau en gaz naturel synthétique, essence, méthanol ou ammoniaque. État de développement du SOEC Inconvénients du produit : 1. Exigences élevées en matière de matériaux, difficulté à produire de grandes électrodes unitaires. 2. Démarrage et fonctionnement complexes. 3. Technologie d'étanchéité difficile. 4. Scénarios d'application limités et effets d'échelle. 5. Faible maturité technique, actuellement au stade de conversion du laboratoire au commercial. Directions de développement : 1. Durabilité des matériaux et stabilité du système dans des environnements à haute température. 2. Production à grande échelle et contrôle de la qualité des cellules unitaires et des piles. 3. Amélioration de la stabilité et de la durée de vie des piles. 4. Contrôle accru du couplage avec les énergies renouvelables. Électrolyse de l'eau à membrane d'échange de protons pour la production d'hydrogène Principe : Les électrolyseurs PEM utilisent un polymère solide poreux comme électrolyte et séparateur entre l'anode et la cathode. À l'anode, les molécules d'eau subissent une oxydation pour générer de l'oxygène ; à la cathode, les ions hydrogène traversent la membrane d'échange de protons sous l'effet d'un champ électrique et se combinent avec des électrons pour produire de l'hydrogène. Avantages des électrolyseurs à membrane d'échange de protons (PEM) : 1. Réponse rapide, fonctionnement à charge large : Peut s'adapter à des apports d'énergie changeant rapidement, en particulier à l'électricité verte éolienne et solaire fluctuante. 2. Démarrage et arrêt rapides : Le système peut démarrer et s'arrêter rapidement, adapté à des applications telles que les stations de ravitaillement en hydrogène. 3. Structure compacte : Pression unilatérale, structure compacte, faible encombrement. 4. Vert et propre : Alimenté par des énergies renouvelables, électrolyse de l'eau pure, sans pollution, hydrogène de haute pureté. État de développement des électrolyseurs à membrane d'échange de protons (PEM) Inconvénients du produit : 1. Faible production d'hydrogène par cellule. 2. Performances insuffisantes (comparaison nationale et internationale) : Composants clés, densité de courant, consommation d'énergie CC unitaire, charge en métaux précieux, etc. 3. Coût élevé : Processus de préparation complexes pour les membranes d'échange de protons, les catalyseurs à métaux précieux et les électrodes à membrane. 4. Durabilité à améliorer : Les membranes d'échange de protons sont sujettes à des contraintes mécaniques, à la corrosion chimique et au vieillissement ; les catalyseurs à métaux précieux sont sujettes à l'agglomération et à l'empoisonnement. Directions de développement : 1. Améliorer les performances et la stabilité : Optimiser les membranes d'échange de protons (capacité de transport de protons, stabilité), la structure de l'électrolyseur. 2. Réduire les coûts : Localiser les alternatives à la membrane protonique, réduire l'utilisation de catalyseurs à métaux précieux ; améliorer les processus de préparation des électrodes à membrane. 3. Haute pression de travail : Améliorer encore la capacité de pression unilatérale, améliorer l'uniformité des matériaux, réduire les coûts des équipements ultérieurs. Électrolyse de l'eau à membrane d'échange d'anions pour la production d'hydrogène Électrolyse de l'eau à membrane d'échange d'anions pour la production d'hydrogène (AEM) Principe : La production d'hydrogène AEM utilise de l'eau pure ou une solution alcaline à faible concentration comme électrolyte. L'eau pénètre de l'anode à travers la membrane AEM vers la cathode, où se produit la libération d'hydrogène, générant des ions OH- et de l'hydrogène. Les ions OH- conduisent à travers la membrane AEM vers l'anode, où se produit la libération d'oxygène. État de développement des électrolyseurs à membrane d'échange d'anions (AEM) Avantages du produit : Démarrage et arrêt rapides : Les membranes AEM ont une bonne conductivité ionique, permettant un démarrage et un arrêt rapides de l'électrolyseur. Le côté de libération d'hydrogène applique une pression d'environ 3 MPa, éliminant le besoin d'éliminer l'oxygène de l'hydrogène. Réponse dynamique rapide, adaptation flexible aux énergies renouvelables. Faible coût : Peut utiliser des matériaux catalyseurs non précieux. Inconvénients du produit : 1. Membranes AEM : Synthèse de matériaux complexes, effets d'échelle limités, coût élevé, faible durée de vie. 2. Les membranes AEM présentent un gonflement important, difficulté à préparer des cellules unitaires de grande taille. 3. Les catalyseurs de cathode sont principalement du Pt/C, avec une densité de courant inférieure à celle du PEM. 4. Technologie immature, aux premiers stades de commercialisation. Directions de développement : 1. Amélioration des matériaux de membrane : Développer des AEM à haute conductivité, sélectivité ionique et stabilité alcaline à long terme. 2. Optimisation des électrodes : Développer des catalyseurs non précieux à haute performance. 3. Augmenter encore la densité de courant. Électrolyse alcaline de l'eau pour la production d'hydrogène Électrolyse alcaline de l'eau pour la production d'hydrogène (ALK) Principe : L'électrolyse alcaline de l'eau utilise une solution alcaline comme électrolyte. Sous courant continu, la cathode subit une réduction, gagnant des électrons pour produire de l'hydrogène et des ions hydroxyle ; l'anode subit une oxydation, les ions hydroxyle perdant des électrons pour produire de l'oxygène et de l'eau. État de développement des électrolyseurs alcalins (ALK) Les systèmes d'électrolyse alcaline de l'eau actuels comprennent principalement des électrolyseurs, des dispositifs de séparation gaz-liquide et des dispositifs de purification. Avantages du produit : Faible coût : Les matériaux d'électrode sont relativement peu coûteux, utilisant des catalyseurs non précieux. Efficacité d'électrolyse : Dans des conditions de pleine charge, la deuxième génération d'électrolyseur de Trina Yuan Hydrogen peut atteindre une efficacité d'environ 85 %. Fonctionnement à charge large : Peut fonctionner de manière stable sur une large plage de densité de courant (25 %-130 %), avec de faibles exigences pour la qualité de l'alimentation électrique d'entrée, compatible avec diverses sources d'énergie. Évolutivité : Adapté aux grands projets de production d'hydrogène vert. État de développement des électrolyseurs alcalins (ALK) Problèmes à résoudre : Efficacité d'électrolyse ; plage de faible puissance étroite ; vitesse de réponse lente ; faible précision dans la conception du champ d'écoulement ; démarrages et arrêts fréquents entraînant une mauvaise stabilité des matériaux. Directions de développement : 1. R&D et innovation technologique : Conception de l'électrode, du diaphragme, de la structure de l'électrolyseur, recherche sur la résistance à la corrosion des matériaux, recherche et simulation du système. 2. Production standardisée : Établir des systèmes de production standardisés, sélectionner des pièces de haute qualité. 3. Gestion de l'énergie : Améliorer l'efficacité d'utilisation de l'énergie, construire un système énergétique intégré « éolien-solaire-hydrogène-stockage ». 4. Maintenance et gestion des équipements : Établir un concept de cycle de vie complet, fonctionnement intelligent. Analyse comparative des électrolyseurs Électrolyseurs unitaires à grande échelle Débat « carré » contre « rond » Résumé et comparaison des quatre technologies d'électrolyse de l'eau Cliquez pour voir le rapport spécial sur le 10e Salon de l'industrie des nouvelles énergies 2025.

SMM

État actuel et tendances de développement de l'industrie des électrolyseurs à hydrogène [Sommet des nouvelles énergies]

La technologie de recyclage des batteries lithium fait face à de nombreux défis. La technologie DRCC® de concentration profonde à faible énergie réduit considérablement les coûts [Sommet de l'Énergie Nouvelle].

CCIE 2025 : Les applications de pointe pour remodeler l'industrie chinoise de la transformation du cuivre