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[導(dǎo)讀]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

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)。

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