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乘氫而上：質(zhì)子交換膜技術(shù)助燃燃料電池汽車商業(yè)化

來源：家居百科時間：2023年03月02日 14:10

加速燃料電池商業(yè)化發(fā)展，擴(kuò)大氫能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

新年伊始，據(jù)中汽協(xié)公布的數(shù)據(jù)顯示，2022年我國氫燃料電池汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)達(dá)到3992輛和3789輛，較去年同比增長121.11%和138.90%！（另據(jù)保險數(shù)據(jù)，2022年燃料電池汽車上牌量突破5000輛。）喜人漲幅的背后，在示范獎勵政策的牽引下，氫燃料電池汽車正以續(xù)航里程長、加注速度快等優(yōu)勢撬動國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)尤其是商業(yè)車領(lǐng)域萬億級的藍(lán)海市場。

商用車作為一種生產(chǎn)工具，商業(yè)運輸公司把運輸效率和全生命周期運營成本放在首位，但雙碳目標(biāo)和排放法規(guī)要求商用車走向零排放，實現(xiàn)綠色運輸是大勢所趨，燃料電池汽車技術(shù)的快速發(fā)展正在逐個擊破不少當(dāng)下“綠色運輸”難題，如純電動商用車?yán)m(xù)航里程短、充電時間長，環(huán)境溫度適應(yīng)性差等，得到來自商用車市場的廣泛關(guān)注。燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃前景也催生了對包括質(zhì)子交換膜、高壓氫瓶等關(guān)鍵技術(shù)的更高要求。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，以期實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化前景，還需不斷提高關(guān)鍵技術(shù)的商業(yè)可行性及競爭優(yōu)勢。因此，我們就“質(zhì)子交換膜技術(shù)助力燃料電池汽車商業(yè)化”為題采訪了燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)導(dǎo)者戈爾公司（W. L. Gore & Associates）全球產(chǎn)品專家Simon Cleghorn，得到了全新的思考角度和洞察。

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焦點1 ：研發(fā)階段質(zhì)子交換膜如何幫助電池電堆發(fā)揮出色性能

記者提問: 面對高溫或潛在干燥的情況，工程師傾向于在氫燃料電池電堆中使用更薄的質(zhì)子交換膜(PEM)，但PEM厚度減少容易導(dǎo)致PEM機(jī)械性能差，甚至影響整體燃料電池的使用壽命。針對這種情況，您有什么建議或經(jīng)驗可以分享嗎？

Simon : 燃料電池電堆和系統(tǒng)研發(fā)工作中涉及各種因素之間的相互作用，因此十分考驗工程師全方位考量問題的能力。電池電堆里的PEM必須具備高電導(dǎo)率、穩(wěn)定的化學(xué)性能及機(jī)械性能，以及低氣體滲透性。但普通的纖薄PEM往往會增加氣體滲透性從而降低燃料效率，同時PEM更薄也更容易發(fā)生有害自由基濃度升高的風(fēng)險，從而加速化學(xué)性能衰減，縮短產(chǎn)品壽命。這些都是普通的纖薄PEM容易影響燃料電池使用壽命的根本原因。

[戈爾的解題之道]

戈爾采用膨體聚四氟乙烯（ePTFE）對質(zhì)子交換膜（PEM）進(jìn)行增強(qiáng)，一舉解決了這些難題。戈爾利用ePTFE、性能出眾的高聚物以及有助于對抗化學(xué)性能衰減的專有添加劑相結(jié)合，開發(fā)出增強(qiáng)型復(fù)合PEM技術(shù)，最終實現(xiàn)了低電阻、高耐用性且符合特定應(yīng)用要求的產(chǎn)品設(shè)計。

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焦點2：生產(chǎn)&商業(yè)化階段質(zhì)子交換膜與其他部件相互作用的奧秘

記者提問: 在生產(chǎn)及組裝階段，同樣的部件在不同的汽車制造商生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)不同的適應(yīng)性需求，如PEM和其他部件之間的相互作用。供應(yīng)商是否有不同方式可以幫助汽車制造商更順暢的實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)及開發(fā)呢？

Simon: 確實，從研發(fā)轉(zhuǎn)向生產(chǎn)階段，非常考驗供應(yīng)商對于部件的理解程度。供應(yīng)商不僅需要深入了解各部件的潛在性能權(quán)衡因素，更需要精通其部件與燃料電池電堆和系統(tǒng)中其它部件之間可能會產(chǎn)生的相互作用。供應(yīng)商必須具備堅實的“后備力量”，從表面科學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和物理表征、化學(xué)分析以及微觀結(jié)構(gòu)表征方面等，才能為制造商提供最為全面可靠的幫助。

[戈爾的解題之道]

以質(zhì)子交換膜為例，領(lǐng)先的PEM供應(yīng)商應(yīng)能（在燃料電池中）進(jìn)行原位電化學(xué)分析，以確定可能因材料變化而導(dǎo)致的長期性能欠佳和/或功率損耗的原因。同時，PEM供應(yīng)商應(yīng)能隨時使用非原位總結(jié)分析工具來診斷現(xiàn)場返回的MEA/PEM的故障模式或機(jī)制。為此，戈爾開發(fā)了兩種建模方案，原位（在燃料電池中）和非原位測試方法，以便了解這些相互作用并加快產(chǎn)品設(shè)計。

焦點3：量產(chǎn)階段關(guān)于質(zhì)子交換膜(PEM)氫燃料電池生產(chǎn)供應(yīng)安全

記者提問：當(dāng)汽車制造商轉(zhuǎn)向燃料電池量產(chǎn)階段時，如何在提高電堆生產(chǎn)良率的同時降低成本？

Simon: 從質(zhì)子交換膜(PEM)供應(yīng)商的角度出發(fā)，品質(zhì)穩(wěn)定的原材料和精密的質(zhì)子交換膜涂覆技術(shù)將有助于PEM供應(yīng)商盡可能減少電池之間的差異，從而確保產(chǎn)品的生產(chǎn)良率和使用壽命。

[戈爾的解題之道]

能夠生產(chǎn)高性能PEM且產(chǎn)能可滿足行業(yè)需求的供應(yīng)商更是寥寥無幾。戈爾將此優(yōu)勢視為取得成功的關(guān)鍵，并充分利用我們在膨體聚四氟乙烯(ePTFE)增強(qiáng)領(lǐng)域的技術(shù)專長和全球網(wǎng)絡(luò)資源，確保規(guī)?；a(chǎn)中的供應(yīng)安全性、工藝穩(wěn)定性和質(zhì)量一致性。

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