3月5日，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）发布《电解制氢技术开发路线图》^[1]。NEDO自2005年出台《燃料电池和氢能技术开发路线图》以来，进行多次完善修订，2023年2月首次公开电解制氢技术开发课题。在本次发布的路线图中，根据技术现状规划了发展方向，并进一步细化了各项关键电解制氢技术的2040年发展目标以及相关技术开发课题。

一、整体规划

1、发展方向。氢能在难以电气化减排的领域将发挥重要作用，为了达成碳中和目标，提高日本国内能量自给率，需要拓展电解水市场规模，助力绿氢生产。具体举措包括：搭建电解水设备的实际验证平台，并结合氢能整体规划推进；提供电解水设备系统的附加价值，解决技术、制度层面的问题，如国家、电力行业、氢能相关组织、储能设备、电解水设备等产官学一体化，讨论如何配置机械系统以实现可再生能源的最大程度利用；确定电解水设备的规模和应用方案，通过与下游氢能利用方合作明确氢能的需求规模、氢储存与使用方法；通过实际验证对电解槽开发、设计进行反馈修正，综合考虑电解槽设备的安全性、可靠性、耗电量、生产规模等，解决对应的技术问题。

2、提高电解制氢技术竞争力对策。至2030年：通过建立实际验证平台，保障电解设备的市场竞争力，明确与上游电力提供方和下游氢能利用方的关系，确立技术规范。2030至2040年：碱性电解水和质子交换膜电解水从平台验证逐步走向市场应用，下一代阴离子交换膜电解水和固体氧化物电解水电解槽开始向市场投放。2040年以后：以碳中和为目标，应对不断增长的氢能需求。

二、碱性电解水技术开发路线图

1、2040年目标。系统总成本6.6万日元/千瓦（约合3316元人民币/千瓦）；能耗4.51千瓦时/标准立方米；系统使用年限20年；电堆初期电流-电压特性为1.7伏@1.0安/平方厘米；部件更换时间9万小时（变负载运行）；电荷迁移过电压0.27伏@1.0安/平方厘米；物质迁移过电压0.26伏@1.0安/平方厘米；物质迁移阻抗0.26欧姆·平方厘米。

2、技术开发课题。为实现2040年目标，需开发：①电堆，支持使用气液二相流模拟技术的电解槽设计，通过降低阻抗和简化结构等方式实现高效、低气阻、低成本电解槽，通过零间隙结构降低电极与隔膜接触应力，开发能耐受加压环境的电堆以满足设备出口需求，控制外部负载引起的电解槽放电行为来解决逆电流问题。②隔膜，提高机械性能、耐碱性、氧化还原耐久性、气体分离性，降低物质迁移过电压，对启停、高电流密度运行、电压突变等不同工作条件下的隔膜耐久性与劣化机制进行解析，建立评价标准，开发新型无孔隔膜。③电极，降低电极与催化剂的贵金属用量，开发超高活性、高耐久、高杂质耐受性、低成本电极与催化剂材料，设计新型电极结构，建立不同工作环境下的测试评价标准，解析氢脆、氧化还原等影响材料化学耐久性的机理，研究气泡生成、物质输运等微观过程机制，改进电极、催化剂的生产制造技术，引入贵金属循环利用技术。④配套设备，降低镍使用量从而降低管道构件成本，提高阴极的耐比毒性，高效去除碱性电解液中的溶出金属、二氧化碳等杂质，降低配套设备成本。⑤生产技术，金属加工、电极制造、检验等工序自动化，开发能兼顾量产、规模化、低成本的生产技术，塑料、密封材料等加工技术量产化。

三、质子交换膜电解水技术开发路线图

1、2040年目标。系统总成本5.7万日元/千瓦；能量消耗4.62千瓦时/标准立方米；系统使用年限20年；电堆初期电流-电压特性为1.8伏@4.0安/平方厘米；电堆更换时间90000小时（含变负载运行）；催化层铱载量小于0.10毫克/平方厘米；催化层铂载量小于0.1毫克/平方厘米；多孔传输层铂载量小于0.1毫克/平方厘米；质量活性32000安/克@1.5伏；阻抗0.07欧姆·平方厘米；运行温度80摄氏度，运行压力最大3兆帕。

2、技术开发课题。为实现2040年目标，需开发：①电堆，降低材料界面接触阻抗，抑制负载变化时的性能劣化，解析劣化机制并建立评价体系，支持使用气液二相流模拟技术的电解槽设计，与氢燃料电池协同进行高可靠密封件开发，通过自动加工制造技术、金属铱回收技术降低电堆成本。②膜电极组件（MEA），开发可在高温、加压、高电流密度环境下运行并具有优异变负载耐久性的MEA，减少金属铱用量，解析催化剂层及电解质膜中水、气、质子的传输机理，设计最适合物质输运的MEA结构，开发连续生产工艺，提升产品一致性。③电解质膜，开发高质子传导率、薄层化的低阻抗、高耐久电解质膜，解析劣化机理，开发不使用全氟和多氟烷基物质（PFAS）的环境友好型电解质膜，探索低成本连续生产工艺。④阳极催化剂，研究催化剂纳米结构与载体，降低铱载量，提高催化活性，提升负荷变化时的耐久性，开发非贵金属催化剂与低铱载量催化剂层量产工艺，将高性能、高耐久催化剂层推向实用化。⑤阴极催化剂，以氢燃料电池催化剂为基础，研究低铂载量、变负载运行的高性能高耐久催化剂，开发非贵金属催化剂与低铂载量催化剂层量产工艺。⑥多孔传输层与双极板，研发钛替代材料，降低贵金属用量从而降低成本，开发新型涂层技术，降低接触阻抗，提高阳极和阴极的化学稳定性，研究多孔传输层微观结构对气泡生长、脱离等过程的影响机制，开发高效、高精度、低成本多孔传输层与双极板制造技术。

四、阴离子交换膜电解水技术开发课题

预计2030年前阴离子交换膜电解水单槽功率达到1兆瓦，2035年左右多槽并行功率超过10兆瓦，2040年前达成市场应用，需开发的技术课题有：①电堆，降低电解液界面的接触阻抗，开发适配加压环境运行的密封件，控制电池内部的透水性，对电池和电堆结构进行优化设计。②MEA，优化三相界面，解析催化层中的物质输运机制与劣化原理，设计最佳的催化层与MEA结构，改进目前使用的多孔传输层涂覆法和电解质膜涂覆法，开发低成本连续生产技术。③电解质材料，开发吸水后保持尺寸稳定的电解质膜，提高阴离子电导率，控制气体与水分的透过性，解析电解质膜、离聚物的劣化、毒化机理，建立评价体系并改善耐久性，开发低成本批量成膜技术。④电极催化剂，提高催化活性并在电解液pH值变化时保持稳定，解析催化剂劣化失效机理，提升耐久性，开发不使用贵金属的阳极催化剂，通过阴极催化剂低铂化降低成本。⑤多孔传输层，提高保水能力、电子电导率、耐久性，降低镍使用量，开发低成本耐碱性涂层材料与工艺，解析气泡排出与孔隙分布的关系、多孔传输层劣化机制，建立耐腐蚀性评价标准。⑥双极板，开发廉价耐碱性的材料用于双极板制造，研究劣化机理，建立耐腐蚀性评价标准，与质子交换膜电解水、氢燃料电池协同进行双极板流道制造的工艺改进。

五、固体氧化物电解水技术开发课题

目前固体氧化物电解水单槽功率向兆瓦级发展，预计2030年左右多槽并行功率达到10兆瓦级，2040年前达成吉瓦级装置的普及应用，需开发的技术课题有：①电极，提升单电池性能和水蒸气利用率，提高耐久性和杂质气体耐受性，解析阴极水蒸气环境下镍的迁移和沉积机理、阳极析氧反应的效率与劣化机理。②电解质，抑制二氧化锆系的相变与应力分布，提升单电池耐久性，开发质子电导率高、电子电导率低的陶瓷材料。③电堆，提高电堆性能与耐久性，使用低成本金属、泛用性材料和涂层技术降低成本，开发高性能、热稳定密封材料，优化量产技术。④系统与配套设备，提高系统生产效率、性能和耐久性，解决规模化量产问题，开发高效水蒸气分离技术提纯氢气产品，实现热交换器、绝热材料、水蒸发器等配套设备的低成本化。⑤新型电解槽，开发低温运行、耐久性优异的金属支持型固体氧化物电解槽、超高效质子陶瓷电解槽以及可逆固体氧化物电池。