燃料電池質子交換膜國產新突破 關鍵指標領先國外

2020-11-24 第一電動網

關於燃料電池，我國已在《中國製造2025》中提出，到2020年，實現燃料電池關鍵材料批量化生產的質量控制和保證能力;到2025年，制氫、加氫等配套基礎設施基本完善，燃料電池汽車實現區域小規模運行。

燃料電池車型無論是在環保方面的零汙染，還是其能源補給(加氫)時間短以及超長續駛裡程，都是其他新能源汽車所不能及的。但目前較高的技術和產業壁壘，國內關鍵技術的缺失，昂貴的質子交換膜和貴金屬鉑催化劑，以及石墨雙極板較高的加工成本，使得氫燃料電池車型的成本和售價遠高於普通燃油客車和其他電動車型，影響了其國內商業化的進程。

電子科技大學教授何偉東在燃料電池研討會上表示，即便如此，國內市場現有及潛在燃料電池市場巨大，包括航天、電動汽車、備用電源、無人機等領域都適用於燃料電池。與此同時，國家、地方省市對氫氣燃料電池政策傾斜，關鍵技術突破勢在必行。

電子科技大學何偉東教授

對於燃料電池重要組成部分的質子交換膜技術的發展狀況，何偉東表示國內燃料電池堆(主要包括雙極板、質子交換膜、催化劑)目前主要依賴進口。特別是質子交換膜燃料電池的關鍵核心材料技術上落後於美國、德國和日本，最優質的質子交換膜被美國杜邦、蘇維等國外公司長期壟斷。

何偉東介紹道，質子交換膜關鍵在於質子傳導率，其研究團隊在國家及四川地方政府、高校支持下，經過一年的反覆研究實驗，終於推出新一代質子交換膜，其擁有更低的成本及更高的質子傳導率。該質子交換膜的質子傳導率達到美國杜邦公司型號Nafion 117質子交換膜的1.78倍。在成本方面，目前市場主流的企業杜邦公司生產的質子交換膜價格在10元左右每平方釐米，而何偉東研製出的產品價格能降低10倍左右。(杜邦Nafion PFSA 薄膜和分散液憑藉其出色的能量輸出和耐用性蜚聲燃料電池業，成為多種能量存儲和汽車應用的理想選擇。杜邦科研在燃料電池業不斷創新，推出了杜邦薄膜，美國杜邦公司為眾多應用和工藝技術提供原料和成品，包括家用電子產品、燃料電池、航空航天、汽車、工業應用領域。)

何偉東團隊歷時1年研發的質子交換膜

燃料電池雖然存在較大的缺點：例如鉑催化劑成本高、放電啟動慢、電池系統穩定性差等。但其擁有高轉化率(>60%)、排汙少、多種燃料氣體(氫氣、甲烷、醇類等)優勢。

而對於從美國回國後任職於電子科技大學的何偉東為何選擇燃料電池中的質子交換膜而不是鉑催化劑作為主攻領域呢？帶著固有科研人員氣質的他直言不諱，燃料電池結構中的鉑催化劑在國際領域是繞不過去的問題，主要在於成本上的控制，而這主要技術提升點在於通過減少鉑金的用量，加大其接觸面積，找到尺寸和性能穩定性的結合點。(催化劑主要是表面起作用，內部並不起作用)理論上講顆粒越小，活性越好，催化效果就增強。但是問題是小到一定程度容易被硫化物毒化(空氣中含有)，容易吸附硫化物從而使得其催化效果大打折扣。其次，鉑金屬是FCC晶體結構(面心立方晶胞，每個晶胞含有4個金屬原子。)，哪個表面在外邊是很難控制。

對於質子交換膜，他表示通過長時間調研發現做質子交換膜的粉粒，國內已經做得較好。在氫燃料電池車型研發上，國內科研機構及製造企業一直在探索，在近十年的開發和研究中，我國氫燃料電池車型也取得了一定進步。從宇通推出全新一代氫燃料電池客車，到福田歐輝客車獲得100輛氫燃料電池客車的訂單，再到28輛氫燃料客車將在廣東佛山、雲浮示範運營，都在預示著氫燃料電池客車正在逐漸步入商業化運營。

何偉東簡介：

2007年本科畢業於哈爾濱工業大學應用化學專業，2012年博士畢業於美國範德堡大學材料系，之後在美國西北國家實驗室從事博士後研究。2013年加入能源科學與工程學院，任教授，博士生導師，入選電子科技大學「百人計劃」及四川省「千人計劃」特聘專家。長期與美國雙院院士John B. Goodenough(鋰電池發明人)教授等國際著名科學家進行能源領域的學術合作。以第一作者為國際出版社Springer等出版專著3部，在國際期刊上發表論文近100篇， 多篇為受邀封面、特刊及綜述論文。主持研發並實現工業化生產的國際原創專利技術數項。主持國家自然科學基金，中央高校經費重點項目，電子科技大學「頂尖培育計劃」及四川省科技支撐計劃等多項科技研發項目。

來源：第一電動網

作者：劉萬祥

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