邹业成——双碳目标下氢能核心关键材料产业化之路

邹业成

研究室主任

山东东岳未来氢能材料股份有限公司

各位专家、各位行业同仁大家上午好，今天我汇报的题目是“革新关键产业化，助力双碳目标的实现”，我从三个方面做汇报：

首先介绍一下背景，能源变革驱动氢能产业的发展，人类在能源利用史上有两次的能源大的转型，一个是从柴薪时代到煤炭时代，再一个是由煤炭时代到石油时代，每一次能源转型带来了生产力巨大的解放和进步，但是随着化石能源的大量消耗带来了二氧化碳温室气体的排放，使得海平面上升，干旱、洪涝极端恶劣提起频发，严重威胁着人类的生命和发展，因此需要进行全球的携手合作共同解决。

“双碳”目标要实现的话必须基于新能源，就是清洁能源为代表的新的能源体系的变革，这是根据世界能源署的统计结果，可再生能源装机量增加，带来的是能源成本大幅度的降低，使得可再生能源大幅度利用成为了可能。但是可再生能源受环境的影响有很大的波动性以及不均匀性，这种波动性使得可再生能源发电，上网过程中对电网造成巨大的冲击，带来了严重的弃风、弃水的资源的浪费。未来大规模、长周期的储能是解决可再生能源发电、平衡消纳的关键。

在众多的储能方式上氢能和液流电池储能在大规模、长周期储能当中具有显著优势，它可以实现可再生在跨时空的调配和大规模的利用，可以实现可再生能源发电，到电网、到应用终端的闭环的电力循环系统，通过氢能源和燃料电池我们可以实现可再生能源发电到电解水制氢，到燃料电池、到应用终端的氢能源网络体系，通过构建氢电耦合的体系，我们可以实现大规模、长周期的储能以及可再生能源的利用，我们东岳在质子交换膜所做的工作将为围绕液流电池储能、PEM电解水制氢，以及燃料电池三个核心关键领域为能源结构转型提供解决方案。

首先介绍一下我们的研发历程，2003年开始我们进行质子交换膜的关键原材料的研发，08年实现了国产化的产业化，2013年开始我们建成了国内首条中式质子膜的生产线，2014年我们的复合增强膜顺利下限，通过两年的技术提升，到2016年底、2017年我们的质子交换膜通过了奔驰、福特的评测，随着产业化进程的推进，2018年我们正式将质子交换膜进行产品定型和商业化推广，2019年我们顺利推动了16949体系的认证。为了响应示范城市群的建设，我们2020年建成了国内首条50万平方米的自动化生产线，未来我们将围绕高性能、低成本、长寿命质子交换膜的研发和产业化进行持续的努力。

在产业链方面，我们依托东岳34年的产业基础，我们形成了从萤石，小分子中间体、到质子聚合物，最后到质子交换膜的全产业链发展布局，这种全产业链在未来批量制备和稳定的供应方面提供了很好的保证。

而作为质子交换膜制备所需核心材料我们实现了自主可控，同时我们创新将短支链和长支链在一个聚合物当中进行共聚得到，实现了短支链和长支链的优势的互补，为后续质子交换膜的迭代提升打下很好的原材料基础。

在产业化方面我们未来将分期建设千万平方米的燃料电池质子交换膜以及配套的关键原材料生产基地，目前一期项目包括了关键原材料生产基地以及质子交换膜生产50万平方米的生产线，目前一期项目已经结束，并且投产，关键原材料是2019年6月份进入投产状态，50万质子交换膜是去年10月份进行投产。

在产业化过程中质量控制方面我们按照16949质量管理体制的要求进行管控，并于2019年9月通过了16949的体系评审，之后两年的复评审我们是高标准顺利通过。

质子交换膜的研发和产业化应用推广离不开应用评价的支撑，我们投资了2000万建设了质子交换膜应用评价实验室，在测试能力方面，我们形成了涵盖单电池、短堆加速生命测试，以及后续应用评价完整的测试评价体系，为燃料电池膜应用推广提供了强有力的数据支撑。

接下来我介绍一下量产质子交换膜的应用评价的性能，我们按照DOE的测试规程，对我们质子交换膜的化学耐用性进行了加速测试，评测结果与当前量产质子交换膜的化学耐用性远超过指标。在混合耐用性方面我们与透氢电流密度为初始值的2倍作为失效标准，我们现在的量产膜是DOE的两倍以上。同时为了适应燃料电池高温低湿工况的应用需求，我们首次提出了基于高温低湿工况下质子交换膜的耐热性能，经过1000小时的循环测试，目前指标基本上变化不大，为后续燃料电池向高温低湿度发展提供了一个数据支撑。

同时为了验证质子交换膜在燃料电池加减载过程中对膜寿命的影响我们基于高温工矿下的交变压力的测，我们可以在100KP下交变压力下可以实现超过4000次的循环，而性能基本变化不大，为后续的燃料电池系统控制策略的开发提供了一个数据的支撑。

在短堆加速寿命测试方面我们和下游客户进行了紧密的合作，我们实现了短堆45000小时的测试，目前性能基本上变化不是很大。

在产业链合作和应推广方面，我们东岳是唯一一家与三个示范城市群签约的企业，我们与下游客户进行紧密的合作，目前量产质子交换膜已经实现装车超过300台，单车行使里程超过8万公里，远远超过示范城市群3万公里的指标要求，目前累计行使里程超过1200万公里。

在新产品研发方面，我们通过新的聚合技术和聚合体系的开发，我们实现了长支链PFSA树脂高交换能量的制备技术，在性能方面我们可以在实现了超过10%的性能提升，为后续燃料电池向高温低湿方向发展提供了原材料的保障。

同时燃料电池向更高温度发展是一个趋势，我们通过跨温区质子聚合物的研发，实现了质子交换膜可以在高温、低温整个跨温区质子传输功能，我们基于这个数值与上海交大，同济大学等单位共同承担了2021年科技部氢能技术重点专业项目跨温区的质子交换膜的项目，目前项目已经立项，这个聚合物具有划时代颠覆性的意义，在未来将引领燃料电池向高温发展，燃料电池催化剂中毒的问题，使燃料电池真正吃“粗粮”。

再一个方面我们在PEM电解水制氢方面我们制备了厚度180微米的质子交换膜，在膜的基本性能方面与商业化的质子交换膜的基本一致，在电解方面，尤其在高电流密度下，我们质子交换膜具有更低的电压，为未来PEM电解水制氢单机功率提升以及成本下降有一个很好的原材料支撑。同时在长周期运行方面，我们与下游客户实现了10千瓦电解槽的运行验证，目前已经运行了超过1600小时。同时在液流电池方面，我们借鉴燃料电池复合增强的技术，我们实现了50微米的复合增强膜在液流电池膜当中的应用，我们在拉强度，穿刺强度，稀释容量方面有了大幅度的提升，特别是在稀释容量方面可以解决现在目前商业化质子膜受湿度影响比较大的影响。同时在电池充放电方面，我们在同平台测试条件下可以实现电压效率与能量效率大幅度的提升。这是我们在50平方厘米电堆下不同电堆密度的对比测试评价结果以及循环寿命，目前300循环下来它的三大效率基本上没有衰减。

最后用一点时间介绍一下我们的公司，我们公司是从东岳集团整体于2017年12月剥离出来进行质子交换膜和配套关键原材料的产业化推进，目前主要围绕含氟精细学习品，含氟高端聚合物，以及高性能质子交换膜进行持续的研发和产业化推进，未来我们将打造含氟功能膜材料的生产基地。这是我们未来的规划示意图，未来我们将建设千万平米级的生产基地，这是我们精细化学品的生产基地规划图，目前一期项目已经顺利投产。

接下来介绍公司未来的发展定位和远景，我们将持续专注于质子交换膜的研发和产业化推进，致力于为全球氢能事业贡献我们东岳的力量，做一个受人尊敬的公司，通过通过持续的创新，为全球氢能和燃料电池持续迭代提供解决方案。

本次展会我们在一楼设有展位，欢迎大家到展位上进行指导，同时进行深入的交流和沟通。