氫燃料電池高溫質(zhì)子交換膜電極技術(shù)在亞太地區(qū)的推廣和應(yīng)用

日前，百利坤艾氫能膜材有限公司(以下簡稱“百利坤艾”)與全球最大的化工公司之一德國巴斯夫正式簽署《膜電極開辟與全球授權(quán)合作協(xié)議》，將共同致力于“高溫質(zhì)子交換膜技術(shù)——在線制氫”等相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)與生產(chǎn)，促進(jìn)氫燃料電池高溫質(zhì)子交換膜電極技術(shù)在亞太地區(qū)的推廣和應(yīng)用。

據(jù)悉，百利坤艾是今年4月底剛剛成立的公司，主營業(yè)務(wù)包括高溫質(zhì)子交換膜材料研發(fā)與生產(chǎn)，技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)等。注冊資金為1億元人民幣。其中，湖南百利工程科技股份有限公司(以下簡稱“百利科技”)出資4500萬元，占有45%的股份，為第一大股東;坤艾新材料科技(上海)有限公司(以下簡稱坤艾新材)與技術(shù)團(tuán)隊則分別持股35%和20%。

這兩家出資公司的實力都不可小覷。百利科技擁有多年大型化工產(chǎn)線設(shè)計和建設(shè)經(jīng)驗，坤艾新材則堪稱科研方面的“新勢力”，在與百利科技簽署合作協(xié)議之前不久，剛剛對外宣布在高溫質(zhì)子交換膜技術(shù)方面獲得重大突破，研發(fā)出具有自有知識產(chǎn)權(quán)的“新一代超高分子量磷酸摻雜聚苯并咪唑高溫質(zhì)子交換膜”，該產(chǎn)品有望憑借更加優(yōu)越的機(jī)械強度、質(zhì)子導(dǎo)通率及更長的運行壽命、更低的成本，大幅加快氫燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。因此，在業(yè)內(nèi)引發(fā)了極大關(guān)注和熱烈討論。

隨著政策扶持力度不斷加碼，氫燃料電池逐漸成為新能源進(jìn)展的主要方向之一。但要讓這一技術(shù)盡快成熟并實現(xiàn)商業(yè)化，其核心材料的技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新、生產(chǎn)成本的下降、國產(chǎn)化率的提升等都將是必由之路。

眾所周知，氫燃料電池堆成本的操縱向來是產(chǎn)業(yè)進(jìn)展的關(guān)鍵要隘。氫燃料電池堆包括氣體擴(kuò)散層、質(zhì)子交換膜、膜電極、催化劑、雙極板、密封件等部件，其中質(zhì)子交換膜和催化劑的成本在整個電池堆成本中占60%以上。因此，質(zhì)子交換膜可謂是扼住整個產(chǎn)業(yè)進(jìn)展的“咽喉要道”。

目前全球氫燃料電池技術(shù)路線主要是兩種，一是“高壓儲氫—常溫質(zhì)子交換膜”路線，采納的是全氟磺酸膜;二是“在線制氫—高溫質(zhì)子交換膜”路線，采納高溫質(zhì)子交換膜。

其中，全氟磺酸膜的應(yīng)用程度更為普遍，氫燃料電池車代表車型豐田Mirai即采納的這種質(zhì)子交換膜。它具有技術(shù)難度較低、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，但整體系統(tǒng)相對復(fù)雜，制備成本高居不下;對于使用環(huán)境要求較高——最佳工作溫度為80攝氏度，溫度過高則導(dǎo)致膜內(nèi)水含量下降，這會進(jìn)一步造成質(zhì)子的導(dǎo)電率大幅下降。因此，全氟磺酸膜的商業(yè)化進(jìn)程十分緩慢。

而高溫質(zhì)子交換膜則因催化劑用量更低、水熱治理系統(tǒng)簡單、制備工藝難度相對較小等優(yōu)勢，正在快速進(jìn)展，生產(chǎn)成本也得以實現(xiàn)較快下降。并且，這種膜對氫氣純度要求有所降低，因此可以使用高壓儲氫，也可以使用甲醇重整制氫。這不僅意味著，氫氣能夠?qū)崿F(xiàn)隨產(chǎn)隨用，從而使氫氣廣泛應(yīng)用于電動汽車的增程;還意味著氫燃料汽車將可以直接利用現(xiàn)有的加油站體系完成甲醇的存儲、運輸和加注，從而避開了氫氣儲氫、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施不足的難題。

從這一角度來看，這種膜技術(shù)的前景十分可期。

百利坤艾此番選擇與全球化工巨頭德國巴斯夫牽手，顯示其希翼加快高溫質(zhì)子交換膜的產(chǎn)業(yè)化步伐，并加快在全球市場中的商業(yè)化進(jìn)程的勃勃野心。

的確，巴斯夫在氫燃料電池高溫質(zhì)子交換膜電極的領(lǐng)域擁有強大的科研實力。其研發(fā)的高溫質(zhì)子交換膜產(chǎn)品曾先后為Samsung、Plug Power、Ultracell、丹麥Serenergy等供貨。

但左有國內(nèi)高溫質(zhì)子交換膜等科研新貴，右有資深的國際巨頭巴斯夫，再加上A股上市公司的資本實力加持，這些真的就能保證百利坤艾能夠在全球氫燃料電池領(lǐng)域殺出重圍，成為推動行業(yè)實現(xiàn)質(zhì)的突破的“破局者”嗎?

興許不能過于樂觀。這是因為高溫質(zhì)子交換膜并非完美無缺。

天風(fēng)證券研究所公布的研究報告曾指出，高溫質(zhì)子交換膜依舊存在明顯的缺陷。以代表膜產(chǎn)品PBI(中聚苯并咪唑)為例，純PBI在常溫下是絕緣體，電導(dǎo)率極低，這就需要對PBI進(jìn)行改性處理，摻雜導(dǎo)電離子，才干提高PBI的電導(dǎo)率。主流的解決方案為將PBI膜浸泡到磷酸當(dāng)中，得到磷酸摻雜的PBI膜，以提高其電導(dǎo)率。然而這又會導(dǎo)致磷酸摻雜的PBI容易溶脹，機(jī)械強度降低。并且，在高溫的條件下，磷酸容易隨著溫度過高而流失，導(dǎo)致質(zhì)子電導(dǎo)率的降低。因而又需要追尋不依賴水和磷酸的質(zhì)子導(dǎo)體。無機(jī)固體酸由于在中高溫下具有比較高的電導(dǎo)率并且運輸方便，或成為下一步的主要研發(fā)方向，但產(chǎn)業(yè)化仍需多方推動。

因此，目前的高溫質(zhì)子交換膜離成熟與在國內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)之間，相差的不僅僅只是“一步之遙”。百利坤艾雖然手里握著一副“王炸”，但其能否把牌打好，成為最后贏家，恐怕還需拭目以待。