開始閱讀本文前，先要了解一個基礎知識：氣體純度是以百分比表示，如99%、99.5%、99.9%、99.999%等，其中用“N”來表示數(shù)字“9”，如4N（99.99%）6N（99.9999%）7N（99.999%）4.8N（99.998%）5.5N（99.9995%）等。

燃料電池和制氫電解槽的氫氣純度分別是：

• 2019年7月實施的國家標準GB/T 37244-2018《質(zhì)子交換膜燃料電池車用燃料氫氣》要求氫氣純度為99.97%?，就是4.7N及以上純度的氫氣都能很好地用在氫燃料電池上。

   

• PEM電解槽的產(chǎn)氫純度在4N左右，堿性電解槽產(chǎn)氫純度在3N左右，兩種制氫路線產(chǎn)出的氫氣經(jīng)純化后，可達5N及以上。

而超純氫氣是指純度等于或高于6N（99.9999%）的氫氣，主要用于半導體、高端電子、光纖等高精尖領域。

一、超純氫氣的制取

超純氫氣的制取方法有鈀膜分離、催化吸附、儲氫合金等。

1.催化吸附技術(shù)

利用特種催化劑，將氫氣中的雜質(zhì)選擇性吸附去除，制取超純氫氣?(低溫低能耗運行)??針對氫氣組分不復雜、雜質(zhì)易吸附的場景，如電解水得到的氫氣，選擇性吸附去除氧和水?。

催化吸附的主要問題是：吸附劑更換、污染、再生、高溫失效；適用場景有限；能否達到9N級還有待檢驗等。

做催化吸附的代表性企業(yè)有：意大利塞斯(SAES)、美國應特格(Entcgris)、上海先普(SIMPURE)、沃洛達科技等。

2.鈀膜分離技術(shù)

利用金屬鈀膜對氫的溶解、擴散和滲透特性，選擇性讓氫透過，實現(xiàn)氫氣與雜質(zhì)的分離??具有氫氣純度高(≥7N)、持久壽命長、穩(wěn)定性和可靠性高、適用溫度范圍寬等優(yōu)勢。

使用場景：氫氣瓶/罐裝氫氣/現(xiàn)場制氫(電解水、天然氣制氫、甲醇重整制氫、氨裂解制氫…)?+鈀膜純化裝備。

鈀膜純化裝備：目前有三種類型的膜結(jié)構(gòu)：鈀管膜(國際最高水平)、鈀平板膜、Pd/多孔支撐體復合管膜。

二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

超純氫氣純化裝備全球市場份額中，美國應特格(Entcgris)公司占據(jù)首位，收購了賽斯吸氣劑(SAEs Gettαs)公司后，更是獲得了全球大部分氫氣純化裝備的市場。

其次是日本JPC和大陽日酸特氣公司。

國內(nèi)上海先普、大連華邦基于“催化吸附”技術(shù)的氫氣純化設備，在國內(nèi)半導體企業(yè)有一定應用。

四川普瑞曾代理意大利塞斯的鈀膜純化器，掌握大壁厚鈀管焊接技術(shù)，在潔凈儀表閥門方面也有積累。

越來越多的國外企業(yè)，不再向中國出口最先進的基于鈀管膜的超純氫氣純化裝備，迫切需要國產(chǎn)替代。

三、超純氫氣的部分應用

電子級多晶硅、SiC、GaN、大規(guī)模集成電路、光纖、LED、薄膜太陽能電池等加工制造過程需要使用?純度在7N及以上的超純氫氣，如電子級多晶硅：3000~7000 Nm3/h，LED：30-800 Nm3/h 。

MOCVD是GaN基大功率LED芯片、藍/綠/紫外高亮度發(fā)光二極管制造的主要技術(shù)。MOCVD設備主要?分為5大系列，對應不同的薄膜沉積速率；不同系列設備所需的特種氣體流量不同(如表所示)，供氣方式?也不同。

Linde是目前全球LED生產(chǎn)所需特種氣體的主要供應商。其中，氫氣純度要求7N級。

MPCVD即微波等離子體化學氣相沉積，其工作原理為通過微波源產(chǎn)生微波，在微波場的作用下，反應氣體被激發(fā)為等離子體狀態(tài)。等離子體在襯底上沉積，外延生長薄膜。

主要用于培育鉆、第三代半導體等的制備。一臺~5kW微波功率的MPCVD設備工作時，需要500 mL/min的9N級超純氫氣持續(xù)供應。

來源：沃洛達科技有限公司

原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦氫科技網(wǎng)）：超純氫氣的制取及應用