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背景概況
自2020年9月中國首次提出“在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”的節(jié)能減排目標(biāo)以來，清潔新能源技術(shù)在優(yōu)化中國能源結(jié)構(gòu)方面的重要程度得到持續(xù)的關(guān)注。在儲(chǔ)能與動(dòng)力電池技術(shù)領(lǐng)域，由于液流電池和燃料電池具有環(huán)境友好、壽命長、安全性較高、能量效率高等特點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為在未來將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。在新型電池技術(shù)中，液流電池作為一種新型二次電池，通過化學(xué)活性物質(zhì)價(jià)態(tài)的可逆變化實(shí)現(xiàn)電池的充放電，進(jìn)而達(dá)到化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的目的。液流電池在對于不連續(xù)的可再生能源的儲(chǔ)能方面發(fā)揮著重要作用，具有運(yùn)行安全、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)，被視作最有應(yīng)用前景的新能源配套儲(chǔ)能技術(shù)之一。以全釩氧化還原液流電池為例，其電池反應(yīng)式為：陽極：VO2+ + H2O == VO2+ + 2H+ + e- 總反應(yīng)：VO2+ + H2O + V3+ == VO2+ + 2H+ + V2+ 而燃料電池作為一種化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能源轉(zhuǎn)化裝置，是通過對燃料和氧氣直接進(jìn)行利用，尤其是氫氧燃料電池，其最終產(chǎn)物是對環(huán)境沒有任何影響的水分子。作為清潔能源動(dòng)力電池技術(shù)的代表與熱點(diǎn)，燃料電池被認(rèn)為是未來最理想的車輛動(dòng)力供給源。以酸性條件下，氫氧燃料電池為例，其電池反應(yīng)式為：離子交換膜是液流電池和燃料電池裝置的重要結(jié)構(gòu)部件，這種帶有離子基團(tuán)的高分子薄膜材料通過選擇性透過離子從而實(shí)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)中完整回路的構(gòu)建。目前，離子交換膜根據(jù)所帶有的不同功能基團(tuán)，可以被主要分為陽離子交換膜與陰離子交換膜兩類。陽離子交換膜主要是帶有荷負(fù)電的磺酸根基團(tuán)用于陽離子的傳遞，如傳遞H+的質(zhì)子交換膜。陽離子交換膜上的負(fù)電基團(tuán)會(huì)形成強(qiáng)大的負(fù)電場，從而對質(zhì)子產(chǎn)生吸引作用使其通過隔膜，并對陰離子產(chǎn)生排斥作用將其截留；陰離子交換膜則主要是帶有荷正電的基團(tuán)（包括季銨鹽、咪唑鹽、季膦鹽等），其形成的正電場吸引OH-從而實(shí)現(xiàn)電解液中OH-離子的傳遞，而阻攔陽離子的通過，其示意圖如下[1]。技術(shù)研究與分析
燃料電池離子交換膜
目前，離子交換膜在燃料電池上的研究與應(yīng)用主要集中在質(zhì)子交換膜燃料電池和陰離子交換膜燃料電池兩類。其中離子交換膜是分隔燃料電池陰陽極，實(shí)現(xiàn)特定離子傳遞功能不可或缺的部件。1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中的離子交換膜質(zhì)子交換膜燃料電池是最具有前景的車輛清潔動(dòng)力源，其工作原理如下圖所示，在陽極，通入的氫氣在催化劑的作用下反應(yīng)失去電子生成H+，失去的電子和產(chǎn)生的H+分別通過外電路和質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極附近；在陰極，通入的氧氣與H+反應(yīng)得到電子生成水。目前，質(zhì)子交換膜應(yīng)用最廣泛的是由杜邦公司開發(fā)的全氟磺酸膜（Nafion），其具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、高機(jī)械強(qiáng)度以及在低溫和高濕度下突出的離子電導(dǎo)率，而在燃料電池車用質(zhì)子交換膜領(lǐng)域美國戈?duì)柟緫{借膨體聚四氟乙烯復(fù)合膜技術(shù)（ePTFE）一馬當(dāng)先。Nafion膜由強(qiáng)疏水性的半結(jié)晶聚四氟乙烯主鏈和含有磺酸根的全氟側(cè)鏈構(gòu)成，其膜內(nèi)的磺酸根能夠通過自組裝形成連續(xù)的納米級親水通道使其具有優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)能力。但也存在一些缺點(diǎn)，目前全氟物質(zhì)的合成和磺化都非常困難、成膜也比較困難，使得成本很高，此外，Nafion膜在中高溫時(shí)的質(zhì)子傳導(dǎo)性能差，并且膜的選擇性還有待進(jìn)一步完善與提高。Nafion膜化學(xué)結(jié)構(gòu)圖[2] 2、陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）中的離子交換膜與質(zhì)子交換膜燃料電池相比，陰離子交換膜燃料電池在堿性條件下的氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更快，對傳統(tǒng)鉑基貴金屬催化劑的依賴性相對較低，可以采用Ni、Ag等非貴金屬催化劑代替，從而大大減少燃料電池成本。其工作原理示意圖[4]如下所示，在陰極，氧氣與水在催化劑作用下得到電子還原生成OH-，生成的OH-離子通過陰離子交換膜（AEM）來到陽極附近；在陽極，氫氣與OH-在催化劑作用下反應(yīng)失去電子生成水，電子通過外電路傳導(dǎo)到陰極，形成電池回路。目前，AEMFC離子交換膜由高分子聚合物骨架（聚苯醚、聚芳醚砜和聚苯并咪唑等芳香族聚合物和聚烯烴類聚合物）和提供離子傳導(dǎo)的主要工作基團(tuán)（包括季銨鹽、咪唑鹽、季膦鹽等）構(gòu)成。AEMFC中的離子交換膜一般在富含氫氧根離子的強(qiáng)堿性環(huán)境中工作，具有良好的阻釩效果，但其陰離子交換基團(tuán)會(huì)受OH-離子影響而逐漸失活，從而使得交換膜的性能不斷降低。全釩氧化還原液流電池中的離子交換膜
全釩氧化還原液流電池（簡稱為全釩液流電池）被一直當(dāng)作間歇性新能源儲(chǔ)能設(shè)備布局的重點(diǎn)被持續(xù)關(guān)注，可以作為太陽能、風(fēng)能等可再生能源的配套儲(chǔ)能技術(shù)。全釩液流電池在1985年由由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Marria Kacos最先提出。在上世紀(jì)80年代，日本住友電力和關(guān)西電力將全釩液流電池組的成功制備。2003年，加拿大VRB Power System公司研發(fā)出基于風(fēng)力發(fā)電的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并成功商用。2005年，大連化物所成功研制出10kW全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，是中國液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用的重要開端。2014年，融科儲(chǔ)能與德國博世共同設(shè)計(jì)建造了基于風(fēng)電場的250kW/1MWh商業(yè)化應(yīng)用的全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。全釩氧化還原液流電池離子交換膜其工作原理示意圖如下[5]：低釩離子滲透率，減少由釩離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致的污染；
優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，高機(jī)械強(qiáng)度，使得薄膜在酸性條件下的壽命長，從而增長電池壽命；
高離子電導(dǎo)率與良好的離子選擇性，使得電池效率高；
低水通量，在充放電過程中，使得陰、陽兩極電解液保持平衡；
（5）加工生產(chǎn)成本低，有利于隔膜的廣泛應(yīng)用。全釩液流電池陽離子交換膜是指隔膜中含有陽離子交換基團(tuán)（如磺酸基團(tuán)、磷酸基團(tuán)、羧酸基團(tuán)等），其中磺酸基團(tuán)（-SO3H）酸性較強(qiáng)，更易于解離出H+，從而提高膜的電導(dǎo)率。目前，商業(yè)領(lǐng)域廣泛采用的是以Nafion膜為代表的質(zhì)子交換膜就是以磺酸基團(tuán)為交換基團(tuán)作為全釩氧化還原液流電池的標(biāo)準(zhǔn)隔膜，其在電解液中的穩(wěn)定性高，但由于存在釩離子滲透率較高、不易降解、價(jià)格高昂等缺陷，在一定程度上限制了液流電池的進(jìn)一步發(fā)展。目前雖有不斷研究對Nafion膜進(jìn)行改性，降低了其釩離子滲透率，但成本上并沒有下降。 2.全釩液流電池陰離子交換膜
全釩液流電池陰離子交換膜是指隔膜中含有季胺基團(tuán)（-NR3X）、叔胺基團(tuán)（-NR2）等陰離子交換基團(tuán)，可以使硫酸根、硫酸氫根等離子通過薄膜，降低了釩離子的通過率以及在薄膜上的吸附造成的膜表面氧化講解，提高了薄膜壽命。目前主要問題集中在其離子電導(dǎo)率低，使得液流電池效率較低，還需要進(jìn)一步研究才能有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。兩性離子膜是指隔膜中同時(shí)含有陰、陽離子交換基團(tuán)，希望結(jié)合陰離子交換膜的低釩離子透過率以及陽離子交換膜的高電導(dǎo)率的特點(diǎn)，從而提高液流電池使用壽命和電池效率。但該膜合成工藝復(fù)雜，成本高，穩(wěn)定性較低，還有待進(jìn)一步發(fā)展。 主要離子交換膜種類與現(xiàn)狀
1.質(zhì)子交換膜（PEM）
質(zhì)子交換膜作為目前在液流電池和燃料電池的研究熱點(diǎn)，其發(fā)展已有超過60年，如下表[5]所示，在此期間，薄膜的能量密度和使用壽命方面不斷發(fā)展與改進(jìn)。
目前，質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)過程包括螢石基礎(chǔ)材料，先與硫酸反應(yīng)得到氫氟酸作為中間產(chǎn)物，再與氯仿反應(yīng)生成后續(xù)制備樹脂所需要的原材料二氟一氯甲烷（R22)，再根據(jù)所生產(chǎn)不同類型膜的具體要求，將R22加工為各類全氟、非全氟以及特種樹脂材料。再經(jīng)過加工得到的質(zhì)子交換膜可廣泛應(yīng)用于燃料電池、液流電池、電解水、氯堿工業(yè)等領(lǐng)域。2.全氟磺酸質(zhì)子交換膜（PFSA膜）
全氟磺酸質(zhì)子交換膜是目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化應(yīng)用的燃料電池隔膜材料，由于制備工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，長期被以杜邦、旭硝子等美國以及日本企業(yè)所壟斷。2009年時(shí)，全氟磺酸質(zhì)子交換膜龍頭企業(yè)美國杜邦生產(chǎn)了Nafion?系列膜(Nafion? 112、Nafion? 115、Nafion? 117等)，比利時(shí)蘇威生產(chǎn)了Aquivion?膜，日本旭硝子和日本旭化成分別生產(chǎn)了Flemion?膜和Aciplex?膜。國內(nèi)起步較晚，目前在國內(nèi)較為有名的是山東東岳集團(tuán)和科潤集團(tuán)。美國陶氏集團(tuán)（Dow)曾生產(chǎn)了一種XUS-B204膜，與Flemion?、Aciplex?和Nafion?三種全氟磺酸質(zhì)子交換膜的主要差別在于其含氟側(cè)鏈的長度（如圖所示）[6]，陶氏集團(tuán)的XUS-B204膜z值為0，使得其當(dāng)量重量EW值（指含有1mol離子交換基團(tuán)-SO3H的樹脂質(zhì)量）較低，電導(dǎo)率顯著增加，但由于側(cè)鏈較短，合成難度較大，成本也較高，最后停產(chǎn)。同為短支鏈膜的Aquivion膜由于更高的磺酸根含量以保持膜內(nèi)水含量，從而產(chǎn)生更優(yōu)異的電池性能表現(xiàn)，目前仍在生產(chǎn)。2009年四種全氟磺酸型質(zhì)子交換膜基材化學(xué)結(jié)構(gòu)[6]到2011年時(shí)，如表所示，全氟磺酸質(zhì)子膜的主要生產(chǎn)仍由幾家主要企業(yè)把持，產(chǎn)品參數(shù)在不斷改進(jìn)，使其具有更優(yōu)異的性能。山東東岳集團(tuán)也在全氟磺酸膜制備上取得了成績，利用短鏈磺酸樹脂制備出了高性能、適用于高溫PEMFC的短鏈全氟磺酸膜，在95℃，30%相對濕度下的單電池輸出性能，比同等條件下Nafion? 112膜及蘇威公司E97-03S膜展現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。
目前，就全氟磺酸質(zhì)子膜市場下游來看，燃料電池仍為質(zhì)子交換膜的主要應(yīng)用與商業(yè)化領(lǐng)域，據(jù)E4tech統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全球PEM燃料電池出貨量在2019年已超過934MW，較2011年同比增長了近20倍，主要銷往亞洲、北美地區(qū)。
3.部分氟化、非氟類復(fù)合膜以及其它隔膜
目前，也有部分企業(yè)與專家學(xué)者對多孔類質(zhì)子交換膜（簡稱多孔膜）、部分氟化質(zhì)子交換膜、無氟質(zhì)子交換膜等展開了研究，主要通過對商業(yè)化薄膜的改性或者對交換膜生產(chǎn)條件的調(diào)控而實(shí)現(xiàn)。部分含氟質(zhì)子膜主要是保證含氟主鏈以確保較長使用壽命的情況下，通過改變磺酸基團(tuán)的引入方式，如主鏈聚合后接枝磺酸支鏈、先共聚主鏈后磺化支鏈及磺化單體直接聚合等。其中Ballad公司生產(chǎn)的BAM3G（磺化或者磷化三氟苯乙烯質(zhì)子交換膜）顯示了其成本在50-150美元/m2，遠(yuǎn)低于全氟磺酸質(zhì)子膜生產(chǎn)廠家，但壽命較全氟磺酸質(zhì)子交換膜短。由于原材料價(jià)格低、環(huán)境友好的特點(diǎn)，非氟類薄膜被視作未來具有廣泛前景的質(zhì)子交換膜。非氟類薄膜目前還在研究階段，在電導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性以及使用壽命方面還有待進(jìn)一步發(fā)展，美國DAIS公司研制的磺化苯乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物膜，在磺化度為50%以上時(shí)可以達(dá)到與Nafion膜相較的電導(dǎo)率，其壽命在60℃時(shí)為2 500 h，在室溫時(shí)為4 000 h，有望未來應(yīng)用于低溫燃料電池。此外，多孔膜在實(shí)驗(yàn)研究中展現(xiàn)出較商業(yè)化隔膜更加優(yōu)異的低釩離子透過率和質(zhì)子電導(dǎo)率，有望在將來更多改進(jìn)下實(shí)現(xiàn)在液流電池中的應(yīng)用。4陰離子交換膜（AEM）
與陰離子交換膜相伴隨著的是燃料電池中非貴金屬催化劑的使用，燃料電池汽車以及應(yīng)用的最大限制就是由于金屬鉑所帶來的高成本和昂貴價(jià)格，因此陰離子交換膜的發(fā)展對未來燃料電池的廣泛應(yīng)用具有重要意義。目前的陰離子交換膜主要應(yīng)用在其它電化學(xué)領(lǐng)域，如電滲析等，在燃料電池和液流電池上的應(yīng)用報(bào)道較少，生產(chǎn)的公司主要是國外企業(yè)，如日本東山公司（Tokuyama)、比利時(shí)蘇威公司（Solvay）。日本東山公司主要生產(chǎn)帶季胺集團(tuán)的陰離子交換膜，如AHA、AMX、A-006等。 主要生產(chǎn)方法
目前工業(yè)上生產(chǎn)全氟磺酸質(zhì)子交換膜的方法主要是對全氟磺酸樹脂通過熔融擠出法和溶液澆鑄法（流延法）制成膜[8]。全氟磺酸樹脂的生產(chǎn)一般在合適的引發(fā)劑和分散劑作用下，采用含有磺酰氟基團(tuán)的單體與四氟乙烯、六氟丙烯多元懸浮共聚而成。熔融擠出法
全氟磺酸樹脂是制備全氟磺酸質(zhì)子膜的原料，具有熱塑性，其起始分解溫度約為310℃，遠(yuǎn)高于其熔融溫度200℃左右，因此可以采用熔融擠出法將樹脂在熔融情況下擠出壓制成薄膜，而不會(huì)導(dǎo)致其分解。熔融擠出制成的薄膜并不具備離子交換的功能，還需要進(jìn)行水解轉(zhuǎn)型，其水解轉(zhuǎn)型工業(yè)流程圖如下圖所示[7]。熔融擠出法適合大規(guī)模連續(xù)化膜生產(chǎn)，制備效率高，厚度均勻，但會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)“針眼”缺陷，并且在水解轉(zhuǎn)型過程中平整度保持對設(shè)備和技術(shù)要求高，目前幾乎被美國和日本企業(yè)所壟斷。全氟磺酸交換膜水解轉(zhuǎn)型工業(yè)流程圖[8] 2.溶液澆鑄法（流延法）
溶液澆鑄法與熔融擠出法不同，它的核心工藝依次為樹脂轉(zhuǎn)型、樹脂溶解以及模具澆鑄，即先進(jìn)行樹脂的轉(zhuǎn)型再在模板上流延成膜。在工藝中，要先用MOH將-SO2F型樹脂轉(zhuǎn)化為-SO3M離子型，再在反應(yīng)釜中用低沸點(diǎn)溶劑溶解，隨后用超支化聚合物（HBPS）替換，除去溶劑后再最后流延到模具成型。該工藝可以直接得到離子型制品，并且獲得高強(qiáng)度、高平整度的全氟磺酸質(zhì)子交換膜。 3.鋼帶流延法
鋼帶流延法與溶液澆鑄法有一定相似性，主要體現(xiàn)在其需要先將全氟磺酸樹脂轉(zhuǎn)型成-SO3Na離子型，通過低沸點(diǎn)溶劑溶解、高沸點(diǎn)溶劑替換制得制膜液，再在鋼帶流延機(jī)上流延成膜，有利于薄膜的連續(xù)化生產(chǎn)。目前科潤新材料主要采用這種成膜方式。 主要企業(yè)分析
1.美國戈?duì)柟荆℅ore）
戈?duì)柟境闪⒂?958年，戈?duì)柟臼状伟l(fā)現(xiàn)了膨體聚四氟乙烯（ePTFE），并在杜邦Nafion膜生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，將全氟磺酸樹脂通過浸漬-干燥的方法與具有耐熱耐腐蝕的膨體聚四氟乙烯聚合物相復(fù)合, 生產(chǎn)出增強(qiáng)型全氟磺酸Gore-Select復(fù)合膜，使得厚度減薄，最薄可達(dá)5μm，目前已實(shí)現(xiàn)8μm厚度量產(chǎn)，同時(shí)可以降低全氟磺酸樹脂用量，達(dá)到降低成本的目的，并且在性能上較杜邦公司第二代膜在導(dǎo)電率、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面更優(yōu)。超薄質(zhì)子交換膜的實(shí)現(xiàn)可以有效降低離子傳導(dǎo)阻力，降低歐姆極化，提升水汽傳導(dǎo)能力，提高質(zhì)子傳導(dǎo)率，提升電堆功率密度，這也使得戈?duì)柟狙杆僬碱I(lǐng)全球市場，成為燃料電池車載質(zhì)子交換膜的龍頭企業(yè)。早在第一代Gore-Select質(zhì)子交換膜推出就成為2014年豐田MIRAI中燃料電池組核心組件，而增強(qiáng)版的第二代Gore-Select質(zhì)子交換膜已助力MIRAI-2021實(shí)現(xiàn)152千米/千克氫氣燃料的更優(yōu)性能，并且電堆體積減小、壽命增長以及成本更低。據(jù)相關(guān)報(bào)道，戈?duì)柟?018年的銷售額約37億美金，并且全球首條的燃料電池車用百萬平米級規(guī)模的質(zhì)子交換膜產(chǎn)線已于2019年開始在日本岡山投產(chǎn)，其5μm超薄質(zhì)子交換膜已有超過8萬個(gè)循環(huán)，顯示出更優(yōu)異的耐久性的提升。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，截至2019年，戈?duì)柕馁|(zhì)子交換膜為大部分國內(nèi)膜電極生產(chǎn)廠商使用，市場份額高達(dá)90%以上。 2.美國杜邦（Dupont)及科慕化學(xué)（Chemous）
杜邦公司的全氟磺酸質(zhì)子膜的發(fā)展可追溯到上世紀(jì)90年代第一代膜N111和N112的推出，再后來到第二代NRE211和NRE212，主要是生產(chǎn)技術(shù)以及工藝的變化，由最初的熔融擠出到溶液澆鑄，增強(qiáng)了質(zhì)子膜導(dǎo)電性，大幅度降低了氟離子釋放率，并降低了制造成本。到2006年，杜邦公司推出融入膜化學(xué)穩(wěn)定性改善技術(shù)以及機(jī)械增強(qiáng)技術(shù)生產(chǎn)的Nafion XL-100，較第二代膜，其穩(wěn)定性較提高8倍，水合膨脹率減少50%，機(jī)械強(qiáng)度提高1.5倍。為適應(yīng)燃料電池業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，杜邦旗下科慕化學(xué)于2015年獨(dú)立上市，目前的Nafion全氟磺酸膜是通過與聚四氟乙烯共聚而成的聚合膜。目前杜邦公司主要產(chǎn)品為D520/521、D1020/1021、D2020/2021、N1110、N115以及N117等，其中應(yīng)用于燃料電池領(lǐng)域的是通過溶液澆鑄法制成的NR211和NR212，其膜厚分別為50μm和100μm，目前市場競爭力有限，但在杜邦公司的長久Nafion膜研究積累以及全氟磺酸樹脂的絕領(lǐng)先優(yōu)勢下，前景依然可觀。其Nafion系列全氟磺酸樹脂的主要參數(shù)如下表。目前科慕在中國售賣的主要產(chǎn)品為N115和N117，其零售價(jià)為13500元/平方米和15000-19000元/平方米，其燃料電池質(zhì)子交換膜在國內(nèi)銷售較為鮮見。
蘇威公司的全氟磺酸質(zhì)子膜在2008年將名稱由Hyflon Ion改為商標(biāo)名Aquivion，其生產(chǎn)方式為熔融擠出。2008年之前主要生產(chǎn)E83型號(hào)，2008年后公司推出了以膜交換容量分別為1.14 mmol/g和1.26 mmol/g的E87和E79為主，厚度分別有30，50和100μm。目前，蘇威主要生產(chǎn)的Aquivion型號(hào)為E87-05、E98-05、E98-05S以及E98-09S可在燃料電池和制氫領(lǐng)域應(yīng)用。其E87-05主要參數(shù)如下表，目前在國內(nèi)蘇威市場不大，幾乎沒有相關(guān)價(jià)格。東岳集團(tuán)，創(chuàng)建于1987年，公司主要從事新型環(huán)保冷媒、含氟高分子材料、有機(jī)硅材料、氯堿離子膜和氫燃料質(zhì)子交換膜等的研發(fā)和生產(chǎn)。東岳在技術(shù)研發(fā)方面投入較大，位列在歐盟委員會(huì)發(fā)布的2021年全球產(chǎn)業(yè)研發(fā)投入2500強(qiáng)（全球共123家化工企業(yè)上榜，28家中國化工企業(yè)）。其子公司山東東岳未來氫能材料股份有限公司成立于2017年，主營業(yè)務(wù)為高性能燃料電池膜等氫能材料、高性能含氟聚合物以及高端含氟精細(xì)化學(xué)品等。公司形成了從原料、中間體、單體、聚合物、到成膜技術(shù)、功能化技術(shù)等全產(chǎn)業(yè)鏈條，目前部分高功能含氟聚合物及含氟精細(xì)化學(xué)品，是國內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品，擁有國內(nèi)外授權(quán)專利150余項(xiàng)，所生產(chǎn)的高性能燃料電池膜通過了奔馳6000小時(shí)測試，使我國擺脫了對質(zhì)子交換膜進(jìn)口的依賴。由于對氫燃料電池核心部件——燃料電池質(zhì)子交換膜的掌握，成為唯一一家同時(shí)進(jìn)入京津冀、上海、廣州、河北、河南五大燃料電池汽車示范城市群的企業(yè)。目前，東岳未來氫能是國內(nèi)唯一一家擁有燃料電池膜全產(chǎn)業(yè)鏈量產(chǎn)基礎(chǔ)的企業(yè)，其年產(chǎn)150萬平米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程已正式投產(chǎn)運(yùn)營，并且新一代更高工況、更高交換容量、更高強(qiáng)度、更長壽命以及更優(yōu)越的高溫低濕工作環(huán)境性能燃料電池膜也即將推出，以滿足下一代電堆系統(tǒng)對膜的要求，推動(dòng)燃料電池的進(jìn)一步發(fā)展。東岳未來氫能已與上海神力科技有限公司（車用燃料電池電堆核心企業(yè)）、上海億氫科技有限公司（氫燃料電池膜電極研發(fā)領(lǐng)先者）、北京億華通科技股份有限公司（國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)先行者）就氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)自主化進(jìn)程達(dá)成戰(zhàn)略合作。目前，公司正在籌建第二條質(zhì)子膜生產(chǎn)線，力爭成為全球最大的質(zhì)子膜生產(chǎn)基地，并且東岳未來氫能科創(chuàng)板上市已進(jìn)入輔導(dǎo)階段。據(jù)2021年東岳集團(tuán)中期財(cái)務(wù)報(bào)告，其2021年上半年總營收約為64.71億元，較去年同期46.36億元的增幅為39.57%，其中含氟高分子材料收益為19.42億元，較去年同期增長28.92%，占集團(tuán)總對外銷售的30.02%，其盈利為4.13億元，較去年同期2.52億元的營收同比增長63.44%。但由2020年東岳集團(tuán)年度財(cái)務(wù)報(bào)告，受疫情影響，對其供應(yīng)鏈和銷售均產(chǎn)生一定影響，其年度營收為100.44億元，較2019年129.59億元同比下降22.49%，高分子材料年度營收31.92億元，較去年同期34.33億元營收減少7.02%。主要產(chǎn)品
東岳未來氫能材料股份有限公司生產(chǎn)的全氟磺酸系列產(chǎn)品主要包括全氟磺酸燃料電池質(zhì)子膜、液流電池膜和水電解制氫膜。東岳未來氫能生產(chǎn)的全氟磺酸燃料電池質(zhì)子膜具有優(yōu)良的耐熱性能、力學(xué)性能、電化學(xué)性能以及化學(xué)穩(wěn)定性能，可在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑介質(zhì)等苛刻條件下使用，主要技術(shù)指標(biāo)如下表。
同時(shí)，未來氫能所生產(chǎn)的液流電池膜是一種采用全氟磺酸樹脂與增強(qiáng)材料復(fù)合的復(fù)合膜DMV850，具有陽離子單向通過特性、厚度薄、強(qiáng)度大、溶脹度低、尺寸穩(wěn)定性高、耐久性好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于全釩液流電池、鐵鉻液流電池等領(lǐng)域。其主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下表6。并且未來氫能也實(shí)現(xiàn)了作為全氟磺酸質(zhì)子交換膜生產(chǎn)的重要中間原料全氟磺酸樹脂的生產(chǎn)，主要型號(hào)有DHS093和DHS103，其主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下表7。但就目前而言，其在國內(nèi)的市場份額并不大，競爭力較戈?duì)柌罹噍^大，但具有一定的價(jià)格優(yōu)勢，約為2000元/平方米。
科潤新材料成立于2019年，成立時(shí)間雖短但其技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)十年研發(fā)實(shí)現(xiàn)了全氟磺酸質(zhì)子膜的自主化生產(chǎn)，目前科潤100萬平米質(zhì)子交換膜項(xiàng)目也已開工。其開發(fā)的全氟離子膜已在燃料電池、釩電池、電解水制氫等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并為我國釩電池行業(yè)提供了90%以上的國產(chǎn)全氟離子膜產(chǎn)品?？茲櫺虏牧贤ㄟ^鋼帶流延法實(shí)現(xiàn)了全氟離子膜的批量化生產(chǎn)，目前主要產(chǎn)品包括N-11系列、N-21系列、N-21C系列、N-41系列、N-51系列、N-301PT，其中面向燃料電池與液流電池的主要是N-11系列、N-21系列、N-21C系列以及N-301PT，下表為部分產(chǎn)品主要參數(shù)。其中N-301PT是利用ePTFE微孔增強(qiáng)材料生產(chǎn)的復(fù)合全氟磺酸 H型質(zhì)子交換膜，最薄可達(dá)12μm，在國內(nèi)具有較強(qiáng)的競爭力。
結(jié)論
國家工信部正積極鼓勵(lì)發(fā)展新一代動(dòng)力電池、燃料電池等技術(shù)，推動(dòng)新能源汽車發(fā)展步伐，國務(wù)院2020年印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中便期望新能源汽車新車銷售量在2025年能達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右，新能源汽車在未來30年將有迫切推廣的需求。而離子交換膜作為液流電池和燃料電池的核心組件，對“雙碳”減排目標(biāo)下新能源技術(shù)應(yīng)用至關(guān)重要，據(jù)中信證券研究報(bào)告預(yù)計(jì)質(zhì)子交換膜需求量約2640萬平，市場空間巨大可達(dá)132億元。目前，廣泛應(yīng)用的質(zhì)子交換膜中核心中間材料全氟磺酸樹脂由美國杜邦公司、日本旭化成公司和日本旭硝子公司等少數(shù)公司占據(jù)。在燃料電池領(lǐng)域，用于商業(yè)化用途的主要是以全氟磺酸質(zhì)子交換膜為主的陽離子交換膜，市場主要戈?duì)柟疽患艺紦?jù)約90%左右市場，科慕化學(xué)作為杜邦拆解上市的子公司，近年也致力于車載質(zhì)子膜開發(fā)，其它也包括美國陶氏公司、日本氯工程以及加拿大巴拉德公司等，但市場競爭力弱。中國實(shí)力較強(qiáng)的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)企業(yè)包括東岳集團(tuán)和科潤新能源，此外，國電投氫能公司旗下的武漢綠動(dòng)氫能發(fā)展也較快，年產(chǎn)30萬平方米的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線在2021年末建成投產(chǎn)。目前，國產(chǎn)膜的最大優(yōu)勢就是價(jià)格較國外低30%-40%，但普遍厚度只能做到15μm。國電投氫能公司產(chǎn)線可生產(chǎn)最薄8μm的質(zhì)子交換膜，較國外戈?duì)柟镜淖畋?μm，實(shí)現(xiàn)8μm大批量量產(chǎn)質(zhì)子交換膜的領(lǐng)先水平仍有較大差距，并且在性能方面還有空間，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化還有較長一段路要走。此外，陰離子交換膜的發(fā)展也非常迅速，但在以質(zhì)子交換膜為主的主流市場要想闖出一片天地需要在性能和成本上具有絕對優(yōu)勢，到目前來說，尚為時(shí)過早，相關(guān)技術(shù)還不成熟，還在不斷發(fā)展之中，短期內(nèi)很難撼動(dòng)質(zhì)子交換膜在燃料電池中的地位。[1]張悅.電池用質(zhì)子交換膜的改性及性能研究[D].上海交通大學(xué),2019.[2]杜鑫明.用于堿性膜燃料電池的陰離子交換膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究[D].長春工業(yè)大學(xué),2021.[3]Borah, Munu & Dhakate, Sanjay. (2016). Expanded Graphite Composite Based Bipolar Plate for PEM Fuel Cell: Development of Low Density and Low Cost Composite Bipolar Plate for Proton Exchange Membrane Fuel Cell.[4]付艷,邢廣恩.堿性燃料電池用陰離子交換膜的研究進(jìn)展[J].化工學(xué)報(bào),2021,72(S1):42-52.[5]李釗華. 全釩液流電池用磺化聚醚醚酮基離子交換膜的研究[D].清華大學(xué),2015.[6]陳曉勇.燃料電池用質(zhì)子交換膜[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料,2009,7(03):16-21.[7]張永明,唐軍柯,袁望章.燃料電池全氟磺酸質(zhì)子交換膜研究進(jìn)展[J].膜科學(xué)與技術(shù),2011,31(03):76-85.[8]高艷林.溶液流延法制備全氟磺酸離子交換膜的工藝研究[D].北京化工大學(xué),2014.
