中國儲能網(wǎng)訊：質(zhì)子交換膜的國產(chǎn)化仍在加速，同時(shí)其作為燃料電池核心材料的重要性也在不斷凸顯。
1月上旬，五部委啟動河南、河北新一批燃料電池汽車示范應(yīng)用工作，山東淄博成為唯一一個(gè)橫跨五大示范城市群的參與城市，東岳未來氫能材料有限公司（下稱“東岳未來氫能”）也成為唯一一家同時(shí)進(jìn)入五大示范城市群的企業(yè)，可見質(zhì)子交換膜在燃料電池國產(chǎn)化過程中的地位。
除了東岳未來氫能，近期國電投氫能、中科院上海有機(jī)所、泛亞微透等多家企業(yè)都在質(zhì)子交換膜上發(fā)力。其中，國電投氫能子公司30萬m2質(zhì)子交換膜產(chǎn)線投產(chǎn)；泛亞微透聯(lián)合21家機(jī)構(gòu)及個(gè)人設(shè)立合資公司投資建設(shè) ePTFE 功能膜項(xiàng)目；中科院上海有機(jī)所與氫通新能源達(dá)成戰(zhàn)略合作，發(fā)力高溫質(zhì)子交換膜材料。國產(chǎn)質(zhì)子交換膜正在加速崛起。
質(zhì)子交換膜的重要性
膜電極組件是氫燃料電池最為核心的組成部分，而由質(zhì)子交換膜、催化層和氣體擴(kuò)散層三者構(gòu)成的膜電極組件則相當(dāng)于燃料電池的心臟。質(zhì)子交換膜、催化層和氣體擴(kuò)散層這三大核心材料，決定著氫燃料電池的壽命和性能，在很大程度上，也是支撐著整座“大廈”的地基。
在組成膜電極的三大材料中，質(zhì)子交換膜的主要功能是傳輸質(zhì)子，分隔反應(yīng)氣體以及電子絕緣。它負(fù)責(zé)“把門”，把質(zhì)子放過去，把電子、氫分子和水分子攔下來，是不可或缺的關(guān)鍵材料，相當(dāng)于燃料電池的“芯片”，其性能直接影響燃料電池的穩(wěn)定性和耐久性。
由于氫燃料電池的這一工作原理，使得質(zhì)子交換膜必須具備以下幾個(gè)特性：電導(dǎo)率高（高選擇離子導(dǎo)電而非電子導(dǎo)電）、化學(xué)穩(wěn)定好（耐酸堿和抗氧化還原能力）、熱穩(wěn)定性好、良好的機(jī)械性能（強(qiáng)度和柔韌性）、透氣率低和水的電滲透系數(shù)小。
以上這些特性也決定了質(zhì)子交換膜制造工藝的復(fù)雜性。
從膜的結(jié)構(gòu)來看，PEM大致可分為三大類：磺化聚合物膜，復(fù)合膜，無機(jī)酸摻雜膜。目前研究的PEM材料主要是磺化聚合物電解質(zhì)，按照聚合物的含氟量可分為全氟磺酸質(zhì)子交換膜、部分氟化質(zhì)子交換膜以及非氟質(zhì)子交換膜等。
現(xiàn)階段，只有全氟磺酸質(zhì)子交換膜成熟應(yīng)用于車用燃料電池領(lǐng)域，而東岳未來氫能背靠東岳集團(tuán)可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)子交換膜核心材料——全氟磺酸樹脂的自主化供應(yīng)，這也是其能在一眾國產(chǎn)質(zhì)子交換膜企業(yè)中突圍而出，成功躋身5大示范城市群的主要原因之一。
國產(chǎn)品牌崛起
質(zhì)子交換膜的重要性不言而喻，但是要做好車用燃料電池的質(zhì)子交換膜并不簡單。
“目前車用質(zhì)子交換膜逐漸趨于薄型化，由最開始的幾十微米降低到如今幾微米，這樣能降低質(zhì)子傳遞的歐姆極化，以達(dá)到較高的性能?！眹鴥?nèi)一家膜電極企業(yè)的高層認(rèn)為，質(zhì)子交換膜薄型化有利于減少燃料電池的體積，提升功率密度和性能。
與此同時(shí)，薄型化膜的使用給耐久性帶來了挑戰(zhàn)，尤其是均質(zhì)膜在長時(shí)間運(yùn)行會出現(xiàn)機(jī)械損傷與化學(xué)降解。在車輛工況下，操作壓力、干濕度、溫度等操作條件的動態(tài)變化會加劇這種衰減，膜越輕薄，難度系數(shù)也就越高。
此外，質(zhì)子交換膜的難點(diǎn)還在于工藝周期長、工藝復(fù)雜、成膜的成本高。
現(xiàn)階段世界上最大的質(zhì)子交換膜供應(yīng)商戈?duì)柫慨a(chǎn)的產(chǎn)品能做到8微米及以下，國產(chǎn)品牌距離進(jìn)口尚存一定的差距。可喜的是，隨著更多的國產(chǎn)質(zhì)子交換膜企業(yè)的加入，這種差距正在不斷縮小。
在過去的一年里，國內(nèi)除了東岳未來氫能有較大批量的交付商用，并試圖往更薄型化的方向進(jìn)階，科潤新材料、浙江漢丞等企業(yè)也實(shí)現(xiàn)了小批量的供貨，浙江漢丞已經(jīng)開發(fā)出10-12微米的質(zhì)子交換膜產(chǎn)品。
另一方面，國產(chǎn)質(zhì)子交換膜的產(chǎn)能也在不斷擴(kuò)建中，東岳未來氫能150萬m2質(zhì)子交換膜生產(chǎn)基地一期工程在去年就已經(jīng)投產(chǎn)開建；浙江漢丞已經(jīng)建成了年產(chǎn)30萬m2的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線，未來還將擴(kuò)建至100萬m2；國電投氫能旗下的武漢綠動年產(chǎn)30萬m2的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線在2021年12月初建成投產(chǎn)。
整體上看，質(zhì)子交換膜的國產(chǎn)化正在穩(wěn)步向前推進(jìn)，價(jià)格是最大優(yōu)勢，國產(chǎn)價(jià)格比進(jìn)口產(chǎn)品要低30%-50%。隨著穩(wěn)定性和可靠性提升，在未來氫城示范的時(shí)間窗口，國產(chǎn)質(zhì)子交換膜將會逐漸成為主流。
