前不久，百利坤艾氫能膜材有限公司（以下簡稱“百利坤艾”）與全球最大的化工公司之一的德國巴斯夫正式簽署《膜電極開發(fā)與全球授權(quán)合作協(xié)議》引發(fā)業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

業(yè)界關(guān)注的焦點在于二者合作的內(nèi)容聚焦“高溫質(zhì)子交換膜技術(shù)”。

根據(jù)合作協(xié)議，百利坤艾和巴斯夫此番合作將共同致力于“高溫質(zhì)子交換膜技術(shù)——在線制氫”等相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)，促進氫燃料電池高溫質(zhì)子交換膜電極技術(shù)在亞太地區(qū)的推廣和應(yīng)用。

事實上，采用“高溫質(zhì)子交換膜”路線的氫燃料電池跟常規(guī)的氫燃料電池相比，有很大的差異性，在制造工藝和使用場景上都有很大的不同。采用高溫質(zhì)子交換膜的在線制氫路線一直以來都處在邊緣化的位置，商業(yè)化探索仍然長路漫漫。

高溫質(zhì)子交換膜優(yōu)點在于“胃口”夠好

如果根據(jù)采用的質(zhì)子交換膜來對當前的氫燃料電池路線進行分類，可以把燃料電池分成常溫和高溫兩種不同的技術(shù)路線，其一是“常溫質(zhì)子交換膜”路線，采用的是全氟磺酸膜，大多數(shù)采取高壓儲氫的方式；其二是“高溫質(zhì)子交換膜”路線，采用高溫質(zhì)子交換膜，大多數(shù)采取在線制氫的模式。

從當前的市場應(yīng)用情況來看，采用全氟磺酸膜的“高壓儲氫—常溫質(zhì)子交換膜”路線更為普遍，氫燃料電池汽車最具代表性的豐田Mirai就是采用這種質(zhì)子交換膜，相比而言，很少看到有采用“在線制氫—高溫質(zhì)子交換膜”路線的車輛。

那么，為何在全氟磺酸膜的“高壓儲氫—常溫質(zhì)子交換膜”路線已經(jīng)成為主流的背景下，依然有像百利坤艾和巴斯夫這樣的公司在押注高溫質(zhì)子交換膜路線呢？

高溫質(zhì)子交換膜路線最大的優(yōu)點在于對電池的燃料更容易獲取，從而得以繞過復(fù)雜的制氫、儲氫和運氫等高成本運營環(huán)節(jié)。

由于高溫質(zhì)子交換膜的“胃口”更好，對氫氣的純度要求不高，既可以使用高壓儲氫，也可以使用甲醇重整制氫，采用該路線的企業(yè)更多的是采用甲醇重整制氫。這就意味氫氣可以隨產(chǎn)隨用，使氫氣的獲取更為容易，便于規(guī)?；茝V。

“相比于電堆的成本來說，加氫站的建設(shè)也是很大一筆費用，動輒上千萬的建站投入（不算地價租金）讓人卻步?！北本┖５吕澬录夹g(shù)有限公司總經(jīng)理郭志斌認為，采用高溫質(zhì)子交換膜可以直接利用現(xiàn)有的加油站體系完成甲醇的存儲、運輸和加注，從而避開了氫氣儲氫、加氫等基礎(chǔ)設(shè)施不足的難題。

另一方面，若高溫質(zhì)子交換膜路線得以實現(xiàn)規(guī)模化推廣還能降低催化劑的使用量，從而降低成本。

“理論上來說，高溫質(zhì)子交換膜需要的催化劑用量更低，更有利于降低電堆的成本。”國內(nèi)一家質(zhì)子交換膜企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)告訴高工氫電，現(xiàn)階段，全氟磺酸膜路線商業(yè)化上走得更遠，催化劑的配套也更為成熟，而高溫質(zhì)子交換膜路線要達到理想狀態(tài)還需要時間。

高溫質(zhì)子交換膜商業(yè)化仍需突破重重難關(guān)

雖然“高溫質(zhì)子交換膜”路線運營和推廣環(huán)節(jié)更具有經(jīng)濟性，但從實際運營的氫燃料電池汽車數(shù)量上來看，該路線并未得到廣泛認可，特別是高溫質(zhì)子交換膜的一些明顯的缺陷需要繼續(xù)改善。

“以代表膜產(chǎn)品PBI（中聚苯并咪唑）為例，純PBI在常溫下是絕緣體，電導(dǎo)率極低?！眹鴥?nèi)一家質(zhì)子交換膜的企業(yè)負責(zé)人認為，需要對PBI進行改性處理，摻雜導(dǎo)電離子，才能提高PBI的電導(dǎo)率。

目前，業(yè)內(nèi)的主流的解決方案為將PBI膜浸泡到磷酸當中，從而得到磷酸摻雜的PBI膜，以此提高其電導(dǎo)率。然而這種工藝又會導(dǎo)致磷酸摻雜的PBI容易溶脹，降低機械強度。并且，在高溫的條件下，磷酸容易隨著溫度過高而流失，導(dǎo)致質(zhì)子電導(dǎo)率的降低。

“高溫質(zhì)子交換膜的下一步是尋找不依賴水和磷酸的質(zhì)子導(dǎo)體。”上述專業(yè)人士認為，無機固體酸由于在中高溫下具有比較高的電導(dǎo)率并且運輸方便，或成為下一步的主要研發(fā)方向，但產(chǎn)業(yè)化仍需多方推動。

然而解決高溫質(zhì)子交換膜的產(chǎn)業(yè)化難題只是第一步，在實際使用過程中，還需要考慮整車在輕量化方面的實際要求。如何提高“在線制氫”效率和壓縮在線制氫設(shè)備的體積需要突破的難點。

“采用在線制氫模式意味著整車上要多預(yù)留一部分空間用于承載制氫設(shè)備，這無疑會增加整車的重量和體積。”國內(nèi)一家氫燃料電池企業(yè)生產(chǎn)企業(yè)高層認為，燃料來源廣泛這個優(yōu)勢在轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)也面臨著重重挑戰(zhàn)。

由此可見，目前的高溫質(zhì)子交換膜離成熟化應(yīng)用尚遠，在實現(xiàn)搭配大批量生產(chǎn)之前，談經(jīng)濟性也缺乏實際意義。

“從長遠來看，轉(zhuǎn)化效率更高，廢氣零排放的‘常溫質(zhì)子交換膜路線’更適合乘用車市場，但這需要建立在制氫、儲氫和運氫這些環(huán)節(jié)打通的條件下。”國內(nèi)一家不愿具名的電堆制造企業(yè)高層認為，現(xiàn)階段“高溫質(zhì)子交換膜”路線還處于商業(yè)化推廣的前期，若能解決相關(guān)工藝上的難題，會是高壓儲氫常規(guī)路線的補充，特別是對于不具備制氫儲氫條件的地區(qū)來說。