作為車用燃料電池核心材料，質(zhì)子交換膜技術(shù)門檻極高。全球燃料電池汽車發(fā)展多年以來，國內(nèi)外很多企業(yè)投入過質(zhì)子交換膜的研發(fā)生產(chǎn)，但大多因為各種各樣的原因或停滯或放棄該業(yè)務(wù)，能夠長期堅持下來且實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的僅有戈爾。

戈爾憑什么能夠獲得車用質(zhì)子交換膜“獨一無二”的市場地位？作為“領(lǐng)頭羊”，戈爾接下來的戰(zhàn)略規(guī)劃又將如何影響行業(yè)的發(fā)展？

近日，高工氫電巡回調(diào)研團隊到訪戈爾。戈爾成立于1958年，是一家以材料科技為本的全球性公司，從發(fā)明GORE-TEX®面料推動戶外服飾行業(yè)革新，到創(chuàng)造醫(yī)療器械改善生活、拯救生命，以及在特種航天、醫(yī)藥和移動電子等行業(yè)中實現(xiàn)更出色的產(chǎn)品性能等。公司總部位于美國特拉華州紐瓦克市，在全球擁有約9500名員工，年收入逾35億美元。

在車用燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)域，戈爾創(chuàng)造性地發(fā)明ePTFE(膨體聚四氟乙烯)的專有增強膜技術(shù)，所以核心產(chǎn)品GORE-SELECT®PEM具有超薄、耐用、高功率密度的特性，與全球領(lǐng)先的新能源汽車制造商和燃料電池公司有著廣泛而深入的合作。豐田MIRAI、現(xiàn)代NEXO和本田CLARITY等都采用戈爾產(chǎn)品，被認為是滿足汽車應(yīng)用挑戰(zhàn)的行業(yè)標(biāo)準。

從技術(shù)來看，戈爾之所以能夠引領(lǐng)全球車用質(zhì)子交換膜的發(fā)展，主要源于四點：1、質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)是通過酸性的有電阻功能的氟磺酸離聚體樹脂，戈爾在近三十年的研發(fā)過程中，篩選和評測眾多不同特性離聚體，找到最佳方案，適應(yīng)不同工況條件的需求；

2、作為ePTFE膜的發(fā)明者和領(lǐng)導(dǎo)者，戈爾可以自如地對膜微觀機構(gòu)進行工程設(shè)計，獨特的ePTFE膜微觀結(jié)構(gòu)幫助實現(xiàn)氟磺酸離聚體的最佳性能；

3、耐久性是車用質(zhì)子交換膜的一大技術(shù)瓶頸，而戈爾膜技術(shù)打破了傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜質(zhì)子傳導(dǎo)性和耐久性的矛盾。其通過特殊的膜結(jié)構(gòu)選擇來達到很高的機械強度，降低溶脹，同時優(yōu)選的助劑配方實現(xiàn)極強的化學(xué)耐久性，使質(zhì)子交換膜持久地保持高性能；

4、眾所周知，規(guī)?；a(chǎn)、批量穩(wěn)定性和質(zhì)量均一性是車用質(zhì)子交換膜的關(guān)鍵。戈爾自主研發(fā)的生產(chǎn)流程和工藝，特別是百萬平米級別的連續(xù)生產(chǎn)線是質(zhì)子交換膜技術(shù)走出實驗室，成為其產(chǎn)品走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的保證。

從產(chǎn)品來看，戈爾增強型質(zhì)子交換膜每年出貨量達幾十萬平米，且逐年遞增中。目前公司出貨量較多的是18μm、15μm的質(zhì)子交換膜。在超薄膜應(yīng)用提速的形勢下，戈爾8μm超薄膜也得到客戶的好評。雖然超薄膜技術(shù)已經(jīng)遠遠領(lǐng)先于同行，但戈爾實驗室里已經(jīng)儲備了5μm乃至更薄膜的技術(shù)能力，正等待合適的產(chǎn)業(yè)化時機。

戈爾亞太區(qū)高級經(jīng)理陳恩澤表示：“目前下游客戶對超薄膜很感興趣，主要原因在于超薄增強膜大大降低質(zhì)子傳導(dǎo)阻力，降低歐姆極化，提高電堆功率密度。同時超薄的設(shè)計更加有利于水氣的傳導(dǎo)，特別是在低濕條件下，提升整個電堆的運行性能。超薄膜還意味著原料更節(jié)省，系統(tǒng)設(shè)計更加靈活，開發(fā)者可以開發(fā)更簡單更低成本的系統(tǒng)?！?/p>

值得注意的是，超薄膜要實現(xiàn)更好的性能，技術(shù)難度比尋常膜大得多。

“戈爾GORE-SELECT®PEM是基于ePTFE（膨體聚四氟乙烯）增強的超薄高耐久離子交換膜技術(shù)。該技術(shù)的亮點是通過超?。傻陀?0微米）增強設(shè)計（獨特的ePTFE微觀結(jié)構(gòu)）和特殊的原材料（氟磺酸離聚體以及助劑配方），提高燃料電池質(zhì)子傳導(dǎo)性能，提升功率密度，增強機械和化學(xué)耐久性，延長整個系統(tǒng)在車輛使用環(huán)境下的壽命?！标惗鳚烧f。

經(jīng)過實際驗證，戈爾8μm膜的化學(xué)耐久性和壽命比肩18μm膜。其在保證膜質(zhì)子傳導(dǎo)性能的情況下極大地降低了膜溶脹失效，化學(xué)降解失效，特別是在高溫低濕的環(huán)境下。同時戈爾通過膜的特殊微觀機構(gòu)，有效降低滲氫率，同時不影響質(zhì)子通過效率，這大大提高了系統(tǒng)的燃料效率。

整體而言，戈爾超薄膜可以幫助減少電堆體積和重量，同時優(yōu)異的耐久性能也延長了電堆使用壽命，提高輔助系統(tǒng)的冗余度，降低復(fù)雜性，從而降低其全生命周期使用成本。

眾所周知，燃料電池汽車要實現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用，必須與純電動車及傳統(tǒng)燃油車進行的綜合競爭力對比，這意味著燃料電池系統(tǒng)在提高功率密度、實際路況耐久性（一般情況下至少>5000小時耐久運行，約等于二十萬公里行駛里程），以及綜合系統(tǒng)成本上要大幅提高現(xiàn)有水平。

“作為目前占電堆成本25%左右的關(guān)鍵材料，通過戈爾最新批量化生產(chǎn)技術(shù)帶來規(guī)模效應(yīng)，未來更有大幅度成本下降的空間，從而助力燃料電池汽車對比傳統(tǒng)汽車取得競爭優(yōu)勢?！备隊柛呒変N售經(jīng)理陳疌表示，戈爾打造了全球首條符合汽車行業(yè)標(biāo)準的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)線，位于日本岡山市，設(shè)計產(chǎn)能達數(shù)百萬平米/年，采用最新一代工藝設(shè)計，滿足整車企業(yè)嚴苛的質(zhì)量要求，能夠顯著降低生產(chǎn)不可控因素及人力成本。

從下游應(yīng)用來看，目前全球領(lǐng)先的燃料電池汽車制造商均選用戈爾膜作為唯一供應(yīng)商應(yīng)用到其量產(chǎn)車型上，比如豐田MIRAI、本田CLARIFY、現(xiàn)代NEXO、上汽FCV系列等。同時，戈爾和國內(nèi)其他眾多整車企業(yè)、系統(tǒng)制造商也在進行大量合作。

舉個例子，自2018年2月開始運行，采用東方電氣氫燃料電池系統(tǒng)的10臺蜀都氫燃料電池公交車，其中東方電氣自主研制的膜電極組件通過耐久性驗證，壽命突破5000小時的預(yù)設(shè)要求，戈爾GORE-SELECT®PEM的耐久性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。

在國內(nèi)，除了配套東方電氣自主研發(fā)的膜電極組件外，戈爾還助力新源動力HYMOD®-36型車用燃料電池電堆突破了5000小時耐久性難關(guān)，同時實現(xiàn)了電堆在-20℃環(huán)境下的低溫啟動，以及在-40℃下的儲存。2019年1月，戈爾榮獲新源動力頒發(fā)優(yōu)秀供應(yīng)商獎。

事實上，20多年來，戈爾的薄膜在領(lǐng)先的整車廠以及全球數(shù)以萬計的車輛（包括乘用車、商用車、叉車等）、無人機、便攜式和固定式發(fā)電、儲能等應(yīng)用中已經(jīng)得到廣泛驗證。從其技術(shù)儲備來看，更薄、更耐久、更適應(yīng)高溫應(yīng)用場景的技術(shù)等正接近商用化水平。

如今戈爾GORE-SELECT®PEM被認為是燃料電池汽車應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準和技術(shù)規(guī)范。戈爾GORE-SELECT®PEM技術(shù)、生產(chǎn)工藝及大規(guī)模量產(chǎn)能力必將促進質(zhì)子交換膜燃料電池成為全球新能源汽車行業(yè)主要技術(shù)路線和重要增長引擎。

本次巡回調(diào)研活動得到贊助商山東魔方新能源科技有限公司團隊的大力支持。目前魔方新能源主要研發(fā)設(shè)計燃料電池發(fā)動機、電堆、石墨雙極板、MEA等核心產(chǎn)線。作為設(shè)備供應(yīng)商，團隊?wèi){借十多年的燃料電池研發(fā)設(shè)計經(jīng)驗，可深度參與客戶的技術(shù)工藝路線選型；可充分滿足客戶需求，開發(fā)出領(lǐng)先的整套生產(chǎn)線。