现代汽车入局燃料电池质子交换膜，2023年质子交换膜国产化势力崛起！
文章来源：戈尔、全球氢能，封面图源网络
2024年1月5日，现代汽车公司（简称“现代汽车”）和起亚公司（简称“起亚”）在韩国麻浦环保研发中心(Mabuk Eco-Friendly R&D Center)与W. L. Gore & Associates（戈尔公司）签订协议，共同开发用于氢燃料电池系统的先进质子交换膜。
现代汽车公司和起亚公司与戈尔公司签订协议，共同开发用于下一代氢能汽车的质子交换膜(PEM)，图源戈尔
此次合作将涵盖质子交换膜开发的测试协议及各个关键领域，致力于开发出适用于商用汽车的先进燃料电池系统，从而提升系统性能和延长使用寿命，据介绍，此次合作的重点是共同开发适用于商用汽车的理想燃料电池系统，并将提升性能和延长使用寿命作为重中之重。
作为一家总部位于美国特拉华州的先进材料公司，戈尔将为此次合作带来其在PEM、催化剂涂覆膜以及膜电极组件(MEA)技术领域的丰富经验与知识。通过将戈尔的开创性PEM技术与自身先进的燃料电池专长相结合，现代汽车和起亚希望藉由此次合作将前沿PEM技术融入其下一代燃料电池系统中，为乘用车、商用车以及非汽车领域应用提供源源动力。
2023年，质子交换膜国产化势力崛起
质子交换膜（PEM）被誉为氢能产业的“芯片”，是汽车燃料电池的核心部件，也是PEM电解水制氢技术领域的关键原材料之一。因此，质子交换膜一直是燃料电池行业，甚至是氢能行业的热点话题之一。
广泛应用于燃料电池、电解水制氢、全钒液流电池储能、氯碱工业等领域，质子交换膜最早应用于海水淡化与氯碱工业，工业化历程始于20世纪70年代，最早由美国杜邦公司开发全氟磺酸离子分离膜并将其应用于氯碱工业，后续美国通用公司将全氟磺酸膜应用于质子交换膜燃料电池，美国GE公司将全氟磺酸膜应用于电解制氢技术。
根据含氟量的不同，质子交换膜分为全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、复合膜。其中由于全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯结构，其碳-氟键的键能高，在力学性能、热稳定性、化学稳定性上有更为优秀的表现，使得此类质子交换膜比其他膜材料具有更长的使用寿命，同时由于分子支链上存在亲水性磺酸基团，离子传导特性更为优异。因此，全氟磺酸膜是目前主流的质子交换膜方案，各类型优缺点如下所示。
在交通应用方面，氢燃料电池利用质子交换膜在两个电极之间传导质子。质子交换膜可防止通入的氢气和氧气直接结合反应，并促进质子的选择性传导，进而产生电流，驱动车辆。质子交换膜技术在决定燃料电池的性能和使用寿命方面发挥着举足轻重的作用，其性能的优劣决定着电池的性能和使用寿命，为实现氢燃料电池的高效、稳定工作，要求质子交换膜具有高质子电导率、良好的热稳定性和化学稳定性、高机械强度和耐久性。
长期以来，因制备工艺复杂等原因，国内质子交换膜市场被戈尔、科慕等美国、日本的少数厂家垄断，占据着主导地位。具体来说，国内质子交换膜技术的难点主要在于生产周期长、工艺复杂、成膜成本高，为了突破这些壁垒，国内质子交换膜企业持续在发力。
事实上，近年来，以东岳、武汉绿动为代表的国内企业致力于质子交换膜的国产化，目前主要集中在主流需求的全氟磺酸离子交换膜的生产以及技术攻关上，当前已取得了显著成绩。
2023年，质子交换膜国产品牌吹响“突围哨”——
1月，中国科学院上海高等研究院杨辉研究员团队在质子交换膜电解水制氢研究中取得重要进展，创新地提出利用纳米压印技术结合静置法制备一种阳极兼具梯度化锥形阵列及三维膜/催化层界面的新型有序结构膜电极，该方案为开发高性能、低贵金属催化剂载量及长寿命的质子交换膜提供了一个新策略。[相关阅读：上海高研院：在质子交换膜电解水制氢有序化膜电极方面取得重要进展]
1月，国产质子交换膜有力推动者科润新材料完成C轮2.4亿元融资。根据报道，科润新材料目前有3条质子交换膜生产线，现有总体产能30万平方米/年，其中液流电池与电解水制氢共用20万平米，燃料电池为10万平米。[相关阅读：国产质子交换膜有力推动者「科润新材料」完成C轮2.4亿元融资]
4月，国氢科技自主研发质子交换膜通过北京市新技术新产品认定；8月，国氢科技“250Nm³/h质子交换膜电解水制氢电解槽”通过成果鉴定。据报道，国氢科技于2021年在武汉建成投产我国首条全自主可控质子交换膜产线，年产能30万平方米，打破了国内质子膜市场被国外厂家长期垄断的局面，可满足2万台80kW燃料电池电堆的用膜需求；采用先进在线检测及工艺过程检测仪器，可对质子交换膜的厚度、缺陷及瑕疵进行在线监测并实时自动反馈。
5月，氢新科技（深圳）有限公司“小型化高温质子交换膜燃料电池”项目，再获新一轮千万级别天使+轮融资。[相关阅读：「氢新科技」小型化高温质子交换膜燃料电池项目再获千万级别天使+轮融资]
5月，质子交换膜生产商苏州福氢氢能科技有限公司宣布完成天使轮融资，资金将用于质子交换膜产线建设和技术投入等方面，加速推进相关产品的产业化和新产品研发；9月完成数千万元新一轮融资。当前，福氢氢能已建立起质子交换膜量产线，产品已在客户端完成批量测试验证，各项参数以及耐久性和一致性均不逊于国内外同类产品，目前公司已批量出货。[相关阅读：专注质子交换膜！福氢氢能完成数千万元新一轮融资]
7月，氢辉能源质子交换膜产线投产发布会正式举行，该产线使用精密狭缝涂布技术具有涂层均匀性高、涂布速度快、可适用浆料的黏度范围广等优点；悬浮式热处理技术具有热挥发效率高、运行张力低等优点，产线可实现1050mm宽幅的连续生产，年产能达4GW，在国内处于领先水平。[相关阅读：4GW！氢辉能源质子交换膜产线投产&3MWPEM电解槽正式交付]
10月，江苏金材科技有限公司透露实现了质子交换膜的自主研发、自主生产，成功打造出了一条质子交换膜生产线，当前产品已进入试生产阶段，预计2024年实现量产，届时将进一步打破同类产品的进口依赖。
10月底，鸿达兴业旗下全资子公司金材科技传来好消息，历时25个月金材科技自主研发的质子交换膜，创新性地引入多项自主创新技术及成果，填补氢燃料电池的多项技术空白。据介绍，金材科技自主研发的质子交换膜厚度只有15微米，项目量产后，预计可以减少膜材料使用量20%以上，节省成本30%以上，大大降低能源和原料损耗。[相关阅读：金材科技质子交换膜技术迎来新突破]
此外，还有众多企业也在推进质子膜的国产化突围——
武汉绿动自研生产的质子交换膜可以快速通过国氢科技这一平台实现全链条的测试验证，从而极大地加快了其产业化进程。随着验证的逐渐成熟，武汉绿动2023年也与多家下游客户开展送样测试，逐步打开质子交换膜被进口产品垄断的局面。此外，武汉绿动亦打通从质子交换膜等多个核心零部件到电堆系统的技术和产品量产的关隘。[相关阅读：对话武汉绿动：纵横捭阖，全产业链布局勇追“氢”云之志]
东岳未来作为国内质子交换膜领军企业，基于全产业链优势，通过对树脂和质子膜的结构调控和界面协调，也开发针对不同应用场景的全氟质子膜。据报道，东岳集团拥有全球最完整的燃料电池全氟质子膜产业链，拥有含氟功能膜材料国家重点实验室，形成涵盖原材料、关键中间体、树脂及质子交换膜全方位的完整的知识产权体系。2020年11月，东岳150万平米质子交换膜生产线一期工程投产，一期产能主要包括50万平米燃料电池交换膜。
汉丞科技增强型全氟磺酸质子交换膜也正在加快推进与国内主流膜电极、电堆企业的测试验证。
清驰科技通过制备和组合不同特性的分散液、添加剂和骨架膜，达到PEM的机械、极化和耐久性能全面对标进口竞品，实现对原料和成品质量的过程控制，具备成本和供应优势。
江苏源氢2022年开工的年产约650万平氢质子交换膜项目加速建设中，目前，江苏源氢新能源科技股份有限公司已成功研制出了源氢第一代氢质子交换膜。下一步，企业将早日形成产业化规模，逐步进入稳定运营生产阶段，力争通过技术迭代更新，完全替代相关进口产品。
元隽氢能主打的12μm质子交换膜正式完成批量化交付，在产品性能、质量一致性方面得到大幅提升，现在公司8μm质子交换膜也已完成中试，已进行客户端验证，预计在2024年全面推向市场，形成新一代低成本、高性能质子交换膜。
整体看，质子交换膜的国产化势力在快速崛起。国内的质子交换膜企业正在用实际行动缩短与进口品牌的差距。
业内专家表示，国内企业突破质子交换膜技术后，能够在一定程度上缓解当前进口质子膜供应不稳定、价格高等问题，对于绿氢产业发展也有促进作用。相关市场机构预测，到2030年质子交换膜需求量约2640万平米，市场空间可达132亿元，按照10%用到本项目的质子交换膜计算，将有产值12亿元。
此外，目前质子交换膜90%依赖进口，价格为2000元/平方米，而一台氢能源汽车至少要用到20平方米。对于氢能源汽车来说，通过大规模国产化的质子交换膜，或能让每一台氢燃料汽车的核心部件电池成本降低2.8万元。
“希望行业和市场对国产化材料拥有更多的信心。”在全球氢能团队的调研中，武汉绿动市场经理肖飞虎表示，当前整个市场并未完全铺开，对国产材料信心不足，但是对比进口材料，国产材料除了成本得到大幅度降低，还可以根据市场反馈以及具体的需求进行迭代，最终实现对进口材料性能的赶超。
雄关漫道真如铁，而今迈步从头越，2024年启封，相信在众多国产品牌的努力下，质子交换膜这一核心材料将会尽早迎来国产化、批量化、规模化生产的未来。
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