活動現場，上海交通大學化學化工學院教授張永明發表了演講。

 

 

以下為演講全文：

 

尊敬的各位領導、各位嘉賓，我匯報一下我們行業的情況，所謂的行業是非常小的領域，就是燃料電池質子膜的工作。

 

這是匯報的基本內容。全氟質子膜，我們質子膜燃料電池顧名思義，質子膜在里面扮演著很重要的作用。燃料電池汽車剛才很多領導專家已經說了，已經發展到了商業化階段，所以下面的發展我們要更加努力。

 

關于全氟質子膜，它處在什么樣的位置，前面王海江教授和潘牧教授都介紹了這個工作。車完了以后就是動力系統，然后是電堆，然后是膜電極，這樣一個膜電極厚度大概0.5毫米，展開就是這樣一個組合圖。這樣一個組合分解圖來看，幾樣非常重要的東西，一個是中間的膜，兩邊是催化層，接下來是擴散層，加上雙極板組合成的電堆。

 

下面我介紹一下全氟質子膜的發展歷史。質子膜開始都是碳氫類的，帶有磺酸根或者硫酸根的東西，這樣的材料在燃料電池用性能比較差，沒有什么競爭性。接下來就是以含氟的，不是全氟的，主鏈含氟的聚合物，下面帶有磺酸根硫酸根等，但這也是同樣的情況，雖然性能提高但還是不能滿足使用的要求。經過幾十年的發展，最后確認全氟的才能達到要求，這里特別感謝杜邦公司的開創性工作，他們在60年代開發了全氟結構，才使得今天燃料電池汽車和燃料電池的飛機和火車才有可能性，所以在燃料電池質子膜發展的歷史當中，杜邦公司做了非常重要的貢獻。

 

杜邦公司做的工作主要在前面，隨著汽車的發展，要求膜的強度提高，純粹的聚合物膜不能滿足要求了，后來Gore公司發明了增強型的膜，增強了要求，主要是滿足雙向拉伸微孔膜，使得現在燃料電池汽車密度大幅度提高。涉足燃料電池電池質子膜研發公司十幾個，我們公司，就是東岳公司在這方面和國外一道發展燃料電池質子膜，目前是美國Gore公司和中國的東岳公司走在前面。

 

燃料電池質子膜發展狀況是什么樣，中國50年代就開始做質子膜，到80年代開始做全氟膜，但進展緩慢，2003年正式開始，在科技部支持下開展了系統的研究工作，2017年中國的全氟質子膜走到了世界一流的水平上，所以我們比較幸運的發展到現在的水平。這是東岳燃料電池全氟質子膜的發展情況，03年開始，到2006年、2008年、2011年、2016年、2017年、2018年、2019年，到2019年開始啟動百萬平方米全氟質子膜的項目，在東岳氫能公司做的，每一步確實付出了很多代價，收到了很多經驗教訓。這是現在東岳公司做的各種聚合物，長的，短的，交聯的，十幾種都有，所以成膜聚合物是一個關鍵點，它涉及很多氟化工和氟材料的過程。

 

我們做這個膜，需要對這個膜進行深入的研究。這是去年我作報告的時候，我們說有一個黑箱，就是全氟質子膜微觀結構，去年我們還沒有真正打開這個黑箱，經過一年的工作，我們打開了這個黑箱。這是現有的各種模型，我們認為都不夠完善。采用散射光的技術，還有廣角、小角各種儀器，這個儀器也是我們獨有的。這是進行微觀原位成膜過程的研究，這是關于質子通道的問題，對聚合物結晶問題進行了深入的研究。

 

這是一個照片，里面講的離子通道，過去我們只知道大概的，對一些深入的東西沒有深入的了解，這個微觀結構到底是什么情況呢，我們膜的結構和這一堆玉米非常類似，一粒一粒玉米，相當于磺酸集團的位置，玉米芯屬于鏈結構，這個膜就是由一個一個玉米棒子連接起來的，有的是單個存在，有的互相交叉在一起。過去我們總想，是不是平行的離子通道是最好的，經過我們的研究，認為平行通道沒有這種通道好。

 

燃料電池膜的發展方向是什么呢，更高的電導率，更低的EW值，主要是在大功率輸出的時候有用。如果功率密度比較低，不需要這么低的EW值。過去在小于100的電導率，現在這個膜在100到200，未來要在200到300，支撐質子密度6kW/L。第二方面就是增強型復合離子膜，現在大多采用Gore公司雙向拉伸的微孔膜，接下來有各種各樣的增強方式，也可以紡織，也可以無紡，也可以做化學交聯都可以，這個方向發展還是有很多的空間。再就是高溫性，能不能走到120度，大家知道到120度水熱管理方便的多，品質也非常好。目前在磺酸這個膜上很難實現，需要進行質子膜材料的構建，這個工作也列到了“十四五”性能發展的規劃當中。低透氣性，現在這個膜想低于2mA/cm比較難，要想辦法在膜結構上進行化學和復合雙重的改進，才可以做到這一步，不僅僅是透氫的問題，還有氮氣，氮氣會使功率密度下降，所以有很多的問題。這個膜在這里面還有很長的路要走，隨著燃料電池汽車的發展，我想這個膜也會走在前面發展，而不是跟著發展，膜要走在前面，我們比較幸運的是，在這方面我們還是有不少的積累。

 

匯報一下去年一年的工作，這些都是原來已經有的，接下來要做生產線，百萬平方米的生產線，一個汽車10平方米，也就是10萬輛車的生產線，在2025年以前能夠保證國內燃料電池汽車需要的膜的供應。這是生產車間，已經建成，里面的設備在陸續開始安裝，請大家放心，膜的事情，東岳一定會跟上。

 

國內國外也都在做膜，國內也不僅僅是我們一家在做，有的人也在做研究，但是要做這個膜，這個膜非常特殊，為什么這么多年一直沒有這個膜，主要是要求的條件太多了。首先你要工業化穩定的生產平臺，要有年頭才行，氟化工材料太特殊了，強腐蝕性，爆炸性等。還有聚合物的平臺，你還要和汽車公司結合起來要有試驗的評價，沒有試驗評價沒有人敢用你的膜。還有團隊的支撐，這個膜現在一直在賠錢，年年幾千萬，一般的公司都不愿意做，只有一些大的公司，愿意負責任的公司才做，每年都賠上千萬，所以需要長期的積累，一天兩天想把這個膜做起來比較難，要買一點聚合物涂一涂，一個小時能做出來，但是能不能滿足要求這是另外一回事，這是東岳應該說全球最完善的鏈條，也許還有公司說我們也能做到這一步，但是大家可以討論一下。

 

謝謝各位。