杨大伟——电解水制氢用复合质子交换膜的产业化最新进展

杨大伟

总经理

苏州科润新材料股份有限公司

大家好，我是苏州科润新材料股份有限公司总经理，我介绍PEM电解水制氢用质子交换膜的产业化情况，包括我们出的新的产品跟各位同行做一个交流。因为前面咱们东岳的同行交流过一些在燃料电池这方面的一些技术，有些东西我就不赘述。

我们公司是2009年就成立了，现在也是有了12年的一个整个的产品的产业化的实践。我们主要是聚焦于三块业务，一块是储能行业的液流电池，一块是咱们的氢燃料电池，还有一块是电解水制氢。我们现在公司现有的产能是30万平米，其中液流电池和电解水制氢这一块的是20万平米，然后氢燃料电池这块的产能是10万平米。我们现在在淮安又建了一条年产百万平米的质子膜的产业基地，应该在明年的春天就进入正式投产。应该说我们目前整个在质子交换膜的出货量，加上氢燃料电池，加上液流电池，加上电解水制氢，应该是全国最大的。这个我们是有底气的，因为我们10多年在液流电池行业积累了丰富产业化的生产经验，国内目前90%以上的，只要是兆瓦级以上的液流电池用的都是我们全氟磺酸质子膜，我们也是入组工信部的第三批的国家专精特新小巨人企业。另外我们氢燃料电池去年也是应该是公开报道的首家通过工信部上车公告的。

主要介绍一下质子交换膜的几个类型，两大类，因为有机材料基本上大部分都是碳氢材料，然后我们现在用的质子膜是碳氟材料，为什么？全氟磺酸树脂它的稳定性是非常好的。

这个是我们公司主要的几款产品，一款是咱们传统的这种跟杜邦的11系列一样的均质的全氟磺酸膜，主要是对标杜邦的112、1135、115、117，其中112、1135、5115液流电池行业用的比较多，然后117现在是电解水制氢上用的比较多，然后PTFE的增强材料，就是咱们现在氢燃料电池里面在用的12微米，还有15微米的复合的质子交换膜，然后我们底下还另外还有PTFE网布增强的，这款膜的话我们也是早就完成量产。其实咱们每个人都在用我们的产品，我们手机里面有这个黄金的触点，国内90%的黄金触点上用的材料叫氰化金钾，氰化金钾现在都是用的我的PTFV增强的全氟磺酸膜制备出来的，它用的是氰化钾，还有水来电解出来的材料。

质子交换膜它的技术路线目前主要是分为四类：一个是螺杆的熔融挤出，主要是杜邦的11系列，他也是这个技术发明人，后来就溶液浇筑，一般学校实验室像用烘箱的方法让一张一张给它浇铸。另外一个就是流延方法，我们公司开发了叫钢带流延法，我们为什么在钢带上进行流延？考虑到钢带本身受热是比较均匀，而且可以在高温下使用，使得我们成膜的结晶度非常高。另外我们现在最近也在开发叫做浸渍立炉技术，有点像传统的这种挂胶工艺，通过真空吸附管把咱们磺酸树脂的分散液吸附到整个的增强材料里面，使得它每一个微孔都能填充满，然后再用立炉的方法拉上去进行烘干，干燥之后再平炉去结晶，这个方法是我们最近在开发的，这个方法可以利用传统的一些工艺大大提高生产效率，然后使得成本大大降低。

这个是我们产品跟某进口产品做的一个性能上的一个对比，这是我们自己做的膜电极，所以它可能功率密度不是特别大，因为我们不是特别擅长做膜电极，但是是同等条件下做一个对比，下面主要要做的一个生产的稳定性和长期的实用性。今年我们应该有出货有8000平米，我们盘了一下大概有500个堆，我们也希望这500个堆尽快的投放到市场上进行一个市场的验证，我们相信包括我们、包括东岳，通过我们几年时间的一个市场上的验证，大家会对国产膜越来越放心。

另外这是我们耐久性做的OCV的一个测试，上面我写了一句话，“没有最好的技术，只有最好搭配”，我们其实整个在质子交换膜的添加剂的使用这块，我们是根据客户的不同需求去匹配不一样的添加剂。比如说要它的耐久性非常好的，我们可能会多加一点添加剂在里面，像乘用车可能它需要体积小，能量密度高的我们会少放一点添加剂在里面，所以这一块的话我们也是可以根据客户的需求来进行一个定制的。

简单介绍一下我们的最新的PEM电解水制氢的复合膜，我们现在传统使用的基本上都是杜邦的117系列的均质的挤出法出来的全氟磺酸膜，应该说117的膜它的耐压还是比较好的，包括它的透气也比较好，但是毕竟厚，所以它的电阻大，我们最近也是开发了一款65微米的增强型的这种全氟磺酸的复合膜，通过我们的测试，包括我们在其中做了一些添加剂，我们觉得这个产品会是未来电解水制氢这块的一个方向，因为你要提高你的PEM电解水制氢的优势，你的电密和你的压差非常是需要去提升的，这也是能保持我们去竞争的一个优势。

这个是我们公司产品跟现有117的膜的一个对比。在2安/平方厘米电密时，我们的65微米的复合膜的小室电压是在1.73伏，而在同样的工况下，杜邦的电压是1.92伏，我们比它整整低了190毫伏，所以说我们整个在同等电流情况下它的电压是低的，说明我们的整体的能量效率，包括各方面其他的性能要好。

刚才咱们东岳也讲了，它们在做一款新的磷酸型的全氟膜，然后我们做的是另外一个方向，因为我们跟我们的合作单位是做了一个分叉的多磺酸结构，为什么做一个分叉的多磺酸结构？其实我们在高温下燃料电池膜的性能下降，主要是因为咱们磺酸根的运输水合氢离子的能力下降，然后我们做的是什么样一个工作？我们是尽量在不改变主链的情况下，增加它的磺酸根的数量，来提高它的性能，为什么我们做这个方向？磷酸如果单单是掺杂的话它会流失的非常快，而磷酸本身和磺酸比它的稳定性也会差。所以我们走到了另外一个方向，我们是做一个分叉结构，把磺酸根的数量尽量的增加。这一块研发我们也是跟我们的合作伙伴也是做了好几年的时间，现在已经进入到一个小试阶段，我们相信下面也会给大家提供一些新的产品来做一些新增方向的尝试。

如果要实现这块主要是有两个方向，一个我们也正在开发新的这种含有多磺酸根的醚单体，另外一个我们在聚合技术上也实现了一种高交换容量窄分子量分布的新型的磺酸树脂。这个是我们刚才讲的最下面这一个，是我们刚才讲的新的一个磺酸膜的制备工艺，这个工艺我们也是申请了PCT专利的，如果有人想要愿意这尝试这种工艺的话，也可以跟我们联系，我们可以做一些技术方面的授权。这东西的话是跟传统的不太一样，咱们传统都是用狭缝涂布或者狭缝流延的方法去把溶液和膜结合，但是这种的自然的流平是很难充满每一个微孔通道的，我们现在是怎么做的？我们现在是通过正压负压这种带压力的挤出式这种负压吸附，我们有一根负压吸附管 ，然后把我们的增强材料从我们的辊上过，过了之后在一侧提供它的这种磺酸树脂溶液，是正压进去，另外一侧是负压把它吸走，这样的话使得我们所有的磺酸树脂溶液都能充分填充在我们的每一个膜的微孔里面，这样的话可以保证它的氢气的透过。

总结一下，我们怎么样去对磺酸膜进行一个性能提升，一个是我们在开发新的醚单体以及新的这种窄分子量分布的磺酸树脂，努力的提高膜的耐久性，我们希望我们的膜在电解水制氢方面能达到8万小时以上的一个寿命。另外一个就是我们在微孔增强材料上，也和我们的合作单位做了一些新的开发，同时我们也在开发新的增强材料，包括刚才讲的我们用高强度的很薄的网布来对它进行增强。第三个就是我们通过工艺上的一些改进和进步来提升膜的整体物理的和化学机械的性能。

我觉得我们氢能行业是一场长时间的马拉松式的这种奔跑，如果是看眼前的，咱们其实都是挣了很多荣誉，但都没挣到钱的企业，现在资本市场也比较热，但是我觉得在这里也需要我们每个人去沉下心来把我们自己的事情做好。不管是市场上的前景怎么样，我们科润认为我们这个产品是有非常好的前景，我们也相信通过我们客户对我们国产材料的支持，包括产业化装备的升级，包括我们整个国内市场环境和国家政策的改变，不管是我们材料，还是咱们的电堆企业，还是咱们的系统企业肯定会有一个非常好的发展。这也是我相信为什么在座企业、在座的咱们的技术人员坚持了很多年的一个原因。

好，谢谢。