产业纵览 | 质子交换膜国产化任重道远！
质子交换膜是作为质子交换膜燃料电池的核心组件，主要功能是充当质子通道实现质子快速传导，同时还起阻隔阳极燃料和阴极氧化物的作用，防止燃料（氢气、甲醇等）和氧化物（氧气）在两个电极见发生互串，此外还需要对催化剂层起到支撑作用。
质子交换膜性能好坏直接决定着PEM燃料电池的性能和使用寿命，作为PEM关键材料，应具备高质子传导率、低电子导电率、气体渗透率低、化学和电化学稳定性好、热稳定性好、良好尺寸稳定性、良好的机械性能、适当的性价比等特性。
按照化学组成，可以将质子交换膜分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜、非氟质子交换膜以及复合质子交换膜。其中全氟磺酸质子交换膜是目前最先进也是使用最为广泛的一类质子交换膜。
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质子交换膜的核心壁垒
质子交换膜是有机氟化工产业链中高技术难度、高附加值环节，其核心壁垒在于原料全氟磺酸树脂的合成。
全氟磺酸树脂（Nafion-H）最早是由杜邦公司于70年代开发成功，并将其加工成全氟磺酸质子交换膜，主要应用在现代氯碱工业以及燃料电池领域。
作为目前已知的最强固体超强酸，全氟磺酸树脂具有耐热性能好、化学稳定性和机械强度高等特点。
在国内，山东东岳集团是全氟磺酸质子交换膜行业的领军企业，并且具备批量生产全氟磺酸树脂材料的能力。现阶段，除了东岳集团，国内还有巨化股份、上海三爱富等少数氟化工企业能生产商用的全氟磺酸树脂，但尚未形成批量供应的规模。
研究资料显示，全氟磺酸树脂通常都是在加热到熔融状态后（一般温度控制在160-230摄氏度之间）进行挤塑成膜的，成单膜后还需加热到软化状态下进行复合和增强，所以作为全氟磺酸离子膜主要基体材料的全氟磺酸树脂必须具有热熔加工的性能。
制备全氟磺酸树脂的难点在哪？
一方面，制备质子交换膜用的全氟磺酸树脂，需要考虑基醚单体的选择、全氟提纯工艺、在合成的过程中对分子量的筛选和分布等都多种因素。其中，还需要过硬的技术人员和持续的资金投入才能批量稳定的生产出合格产品。
另一方面，量产全氟磺酸树脂材料，只有具备实力的大型氟化工企业才能做到。构成全氟磺酸树脂的四氟乙烯是高危化学品，不能运输，只在生产这种气体的厂房进行制造。
此外更关键的是，质子交换膜做成后，还需和汽车企业结合起来做试验评价。目前，全球通过燃料电池膜成功突破6000小时寿命加速测试的只有山东东岳和美国戈尔。
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国内外市场格局概览
目前全球从事质子交换膜研究的主要有美国科慕、陶氏、3M公司、戈尔公司，比利时索尔维公司，日本旭硝子玻璃、旭化成，以及我国的东岳未来氢能、泛亚微透漏等十余家公司。其中，美国戈尔公司在增强膜方面具有知识产权优势，目前应用最为广泛的是戈尔公司的Nafion系列膜，全球市场占比超过90%，每年出货量达几十万平米。
据了解，当下全球能够满足车用氢能燃料电池商用技术要求、实现量产的，只有山东东岳集团和美国戈尔。
伴随我国氢燃料电池汽车以及电解水制氢等市场的日益崛起，我国企业也在加速推进质子交换膜的国产化。作为国内唯一实现全氟质子交换膜全产业链量产技术突破并拥有大规模供应能力的企业，2021年，东岳未来氢能的质子交换膜已实现数百台的批量上车应用；科润新材料、浙江汉丞等企业已于2021年实现了小批量的供货。
此外，2021年，武汉绿动氢能“年产30万m²质子交换膜生产线”已于12月建成投产，浙江汉丞“年产30万m²质子交换膜生产线”、通用氢能“年产10万平米全国首条短支链全氟磺酸质子交换膜产线”也已经建成。
据全球氢能统计，截至2021年，我国质子交换膜设计年产能已超过490万m2，已投产年产能达110万m2，其中产能利用率较低，产量规模比较小，产品主要用于下游厂家试验。此外，2021年国内质子膜需求量为1万m2左右，其中美国戈尔质子膜在国内市场占有率约80%，进口依赖程度较大。
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2030年市场规模将超60亿
从今年开始，我国氢燃料电池汽车示范推广将进一步加速。预计今年我国燃料电池汽车规模将达到1万辆左右，国内质子交换膜研发和生产水平将进一步提高。
中长期来看，到2025年，我国燃料电池汽车规模将达到10万辆；到2030年，燃料电池汽车规模将增加至100万辆。全球氢能预测，预计2025年中国车用领域氢燃料电池质子交换膜市场规模将在10亿元人民币以上，2030年市场规模将在60亿元以上。
值得注意的是，只有性能过关、能批量稳定生产、经得起用户检验的质子交换膜产品才能真正赢得国内市场！我国质子交换膜企业任重道远！
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