質(zhì)子交換膜能讓燃料電池成本降一半？

作為氫燃料電池背后的核心部件，質(zhì)子交換膜從上世紀(jì)60年代起就始終被美國(guó)杜邦公司壟斷。

隨著豐田Mirai、現(xiàn)代ix30燃料電池汽車的發(fā)布，美日歐各國(guó)加氫站布局鋪開(kāi)，氫燃料電池因其較高的比能量密度，優(yōu)秀的能量轉(zhuǎn)換效率以及真正清潔的能源特性而備受關(guān)注。

然而，作為氫燃料電池背后的核心部件，質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane，PEM)從上世紀(jì)60年代起就始終被美國(guó)杜邦公司壟斷。

因此，當(dāng)聽(tīng)說(shuō)電子科大教授何偉東及其團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)出的質(zhì)子交換膜能夠與杜邦公司的產(chǎn)品抗衡，且成本僅僅是后者的十分之一時(shí)，車云菌還是很興奮的。

于是，車云菌找到何偉東，圍繞其在燃料電池材料方面的技術(shù)突破，以及對(duì)中國(guó)燃料電池技術(shù)前景等問(wèn)題進(jìn)行了探討。

電子科大教授 何偉東

一塊怎樣的“膜”?

對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，質(zhì)子交換膜無(wú)疑是一個(gè)頗為冷門的詞匯。但是，其對(duì)于燃料電池車的意義卻不可小覷。

首先是成本。

據(jù)何偉東介紹，燃料電池的核心系統(tǒng)是電堆，其成本能占到整個(gè)燃料電池的60%左右，而電堆的成本構(gòu)成中尤以鉑系催化劑和質(zhì)子交換膜為主。根據(jù)目前的市場(chǎng)現(xiàn)狀，一平方厘米的nafion膜(杜邦公司質(zhì)子交換膜型號(hào))需要幾元甚至近十元人民幣，而每一輛車用燃料電池對(duì)質(zhì)子交換膜的需求都是平方米級(jí)別的，這就意味著一個(gè)燃料電池電堆中，包含有幾萬(wàn)甚至上十萬(wàn)的成本完全是歸于質(zhì)子交換膜的。

其次是效率。

這里的效率主要指質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，因?yàn)閺墓ぷ髟砩险f(shuō)，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過(guò)膜從陽(yáng)極到達(dá)陰極，與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路，向外界提供電流，因此質(zhì)子傳導(dǎo)率數(shù)值與質(zhì)子交換膜性能成正比。

何偉東團(tuán)隊(duì)研發(fā)的質(zhì)子交換膜

根據(jù)何偉東的說(shuō)法，其團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)研制出了新的制漿工藝以及成膜工藝，其圓形模具出產(chǎn)的質(zhì)子交換膜已經(jīng)能達(dá)到數(shù)百平方厘米的量級(jí)。值得注意的是，何偉東稱，其質(zhì)子傳導(dǎo)率是杜邦公司型號(hào)為Nafion 117質(zhì)子交換膜的1.78倍，而成本在杜邦的質(zhì)子交換膜的十分之一左右。據(jù)悉，他希望接下來(lái)能在提高材料孔率、孔形貌及厚度的可控性方面做一些突破。

何偉東團(tuán)隊(duì)自行開(kāi)發(fā)的電泳平臺(tái)

一塊“膜”的意義

當(dāng)然，質(zhì)子交換膜的意義還不僅僅關(guān)乎于燃料電池車本身或單純一塊燃料電池的成本和質(zhì)量。眾所周知：

一方面，氫能作為高能量密度的優(yōu)質(zhì)能量載體，以及相對(duì)于鋰電池技術(shù)天生的清潔特質(zhì)，使得面臨嚴(yán)峻環(huán)境問(wèn)題的中國(guó)沒(méi)有理由拒絕;

另一方面，燃料電池較高的技術(shù)壁壘讓國(guó)內(nèi)的燃料電池產(chǎn)業(yè)一直難以突破，并且關(guān)系制氫、儲(chǔ)運(yùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都有一系列的技術(shù)問(wèn)題需要解決。

因此，質(zhì)子交換膜這一環(huán)一旦打通，看似可以解決燃料電池車這一單點(diǎn)問(wèn)題，實(shí)則可打通整條燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈。

不僅如此，何偉東還表示，作為一個(gè)可擴(kuò)展性比較好的基礎(chǔ)材料，質(zhì)子交換膜的研究意義不一定就只是面對(duì)興能源汽車的推廣。

不過(guò)，何偉東目前的質(zhì)子交換膜研究成果還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，他也正尋找著產(chǎn)業(yè)化的機(jī)會(huì)。此前，何偉東研發(fā)的光觸媒產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始著手量產(chǎn)。