氢燃料电池“中国芯”研发获得突破

知识力量

由于零排放等特点，氢燃料汽车逐渐成为新能源汽车的终极方案，有关燃料电池国产化的呼声也在愈加增大。


近日，坤艾新材料科技（上海）有限公司（KunAi，下称“坤艾”公司）宣布，质子交换膜 燃料电池成功研发新一代以超高分子量高性能磷酸掺杂聚苯并咪唑（PBI）为核心的高温燃料电池质子交换膜（HTPEM），这项技术因为在研发质子交换膜燃料电池中占据核心作用，因此也被形象地称为“燃料电池的心脏”，而这也是中国企业首次攻克多项核心材料的技术难题，有效填补我国企业在高温质子交换膜领域的自有技术空白。

第一财经记者了解到，根据电解质和燃料不同，燃料电池分为六类：质子交换膜燃料电池（PEMFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）。

其中，PEMFC单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，由于PEMFC燃料电池拥有较高转化率及分子密度的特征，因此在氢燃料汽车中受到广泛运用，并逐渐成为最主流的一种燃料电池模式，据行业调研机构E4Tech的相关数据显示，2011-2018年，受到交通领域需求拉动，质子交换膜（PEMFC）全球出货量出现了跨越式增长，年均复合增长率达到42.57%，而2017-2018年，质子交换膜在燃料电池领域的应用占比已经达到70%以上。

此前，由德国化工巨头巴斯夫（BASF）研发的燃料电池由高温燃料电池膜电极构成，一度垄断市场，并向三星、普拉格能源、丹麦Serenergy等全球客户供应；据坤艾公司研发人员向第一财经记者介绍，由坤艾公司开发的新型高温质子交换膜（下称“KunAi- HTPEM”）相较巴斯夫的产品具有超高分子量、卓越的机械强度以及优异的质子导通率，并在氢燃料汽车的应用过程中有效保证超长运行时间及较为良好的成本控制，据初步测算KunAi-HTPEM预计可以达到3.5-4万小时的稳定运行，运行能力的提高将为燃料电池组的使用寿命做坚实保障。

上述研发人员表示，坤艾公司技术团队核心成员参与研发了巴斯夫第一代高温质子交换膜产品，本次经历四年的时间，自主研发的高温质子交换膜技术，经测试固体含量可高达10～20%，质子膜的机械强度也相应有较大幅度的提高。

据业界人士介绍，质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，而在电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，它的好坏直接影响电池的使用寿命。

此前，中科院欧阳明高院士曾表示，氢燃料电池更适合替代使用柴油的长途运输车辆以及客车领域，锂离子电池更适合于乘用车领域；而据业界分析人士介绍，从使用场景来看，未来常温质子交换膜在卡车、大巴车、物流车等长途运输车辆以及大型基站、铁塔电源、偏远山区供电等方面应该有丰富的应用环境，而高温质子交换膜技术路线和现有的锂电池电动车路线，因为现有的成本优势和安全性，在出租车、乘用车、移动电源等领域的应用场景将会更加便利和丰富。

坤艾公司负责人向第一财经记者表示，针对该项技术已经在准备各项技术专利申请资料，预计在近期在全球提交技术专利申请。同时，坤艾公司计划引进国内在工程和工艺领域有多年技术经验积累的战略合作伙伴，计划在成都、青岛、新加坡分别建厂，尽快实现规模化生产。战略合伙伙伴的注资和合资公司组建正在推进中。