设为首页 加入收藏 联系我们
搜索
您当前的位置:首页 > 展会新闻

上海交大张永明教授:燃料电池全氟质子膜介绍

作者:  信息来源:客车信息网    发布日期:2020-01-13

  在电动化、智能化、网联化革命带动下,传统的客车产业供应链正在重塑,中国电动客车发展进入结构调整期。1月10—12日,以“把握形势 聚焦转型 引领创新”为主题的2020中国电动汽车百人会论坛于在钓鱼台国宾馆隆重召开。

k1.png

  在12日举办的氢能与可再生能源论坛上,上海交通大学化学化工学院教授张永明发表了主题演讲,以下为演讲实录:

  尊敬的各位领导、各位嘉宾,我汇报一下我们行业的情况,所谓的行业是非常小的领域,就是燃料电池质子膜的工作。

  这是汇报的基本内容。全氟质子膜,我们质子膜燃料电池顾名思义,质子膜在里面扮演着很重要的作用。燃料电池汽车刚才很多领导专家已经说了,已经发展到了商业化阶段,所以下面的发展我们要更加努力。

  关于全氟质子膜,它处在什么样的位置,前面王海江教授和潘牧教授都介绍了这个工作。车完了以后就是动力系统,然后是电堆,然后是膜电极,这样一个膜电极厚度大概0.5毫米,展开就是这样一个组合图。这样一个组合分解图来看,几样非常重要的东西,一个是中间的膜,两边是催化层,接下来是扩散层,加上双极板组合成的电堆。

  下面我介绍一下全氟质子膜的发展历史。质子膜开始都是碳氢类的,带有磺酸根或者硫酸根的东西,这样的材料在燃料电池用性能比较差,没有什么竞争性。接下来就是以含氟的,不是全氟的,主链含氟的聚合物,下面带有磺酸根硫酸根等,但这也是同样的情况,虽然性能提高但还是不能满足使用的要求。经过几十年的发展,最后确认全氟的才能达到要求,这里特别感谢杜邦公司的开创性工作,他们在60年代开发了全氟结构,才使得今天燃料电池汽车和燃料电池的飞机和火车才有可能性,所以在燃料电池质子膜发展的历史当中,杜邦公司做了非常重要的贡献。

  杜邦公司做的工作主要在前面,随着汽车的发展,要求膜的强度提高,纯粹的聚合物膜不能满足要求了,后来Gore公司发明了增强型的膜,增强了要求,主要是满足双向拉伸微孔膜,使得现在燃料电池汽车密度大幅度提高。涉足燃料电池电池质子膜研发公司十几个,我们公司,就是东岳公司在这方面和国外一道发展燃料电池质子膜,目前是美国Gore公司和中国的东岳公司走在前面。

  燃料电池质子膜发展状况是什么样,中国50年代就开始做质子膜,到80年代开始做全氟膜,但进展缓慢,2003年正式开始,在科技部支持下开展了系统的研究工作,2017年中国的全氟质子膜走到了世界一流的水平上,所以我们比较幸运的发展到现在的水平。这是东岳燃料电池全氟质子膜的发展情况,03年开始,到2006年、2008年、2011年、2016年、2017年、2018年、2019年,到2019年开始启动百万平方米全氟质子膜的项目,在东岳氢能公司做的,每一步确实付出了很多代价,收到了很多经验教训。这是现在东岳公司做的各种聚合物,长的,短的,交联的,十几种都有,所以成膜聚合物是一个关键点,它涉及很多氟化工和氟材料的过程。

  我们做这个膜,需要对这个膜进行深入的研究。这是去年我作报告的时候,我们说有一个黑箱,就是全氟质子膜微观结构,去年我们还没有真正打开这个黑箱,经过一年的工作,我们打开了这个黑箱。这是现有的各种模型,我们认为都不够完善。采用散射光的技术,还有广角、小角各种仪器,这个仪器也是我们独有的。这是进行微观原位成膜过程的研究,这是关于质子通道的问题,对聚合物结晶问题进行了深入的研究。

  这是一个照片,里面讲的离子通道,过去我们只知道大概的,对一些深入的东西没有深入的了解,这个微观结构到底是什么情况呢,我们膜的结构和这一堆玉米非常类似,一粒一粒玉米,相当于磺酸集团的位置,玉米芯属于链结构,这个膜就是由一个一个玉米棒子连接起来的,有的是单个存在,有的互相交叉在一起。过去我们总想,是不是平行的离子通道是最好的,经过我们的研究,认为平行通道没有这种通道好。

  燃料电池膜的发展方向是什么呢?更高的电导率,更低的EW值,主要是在大功率输出的时候有用。如果功率密度比较低,不需要这么低的EW值。过去在小于100的电导率,现在这个膜在100到200,未来要在200到300,支撑质子密度6kW/L。第二方面就是增强型复合离子膜,现在大多采用Gore公司双向拉伸的微孔膜,接下来有各种各样的增强方式,也可以纺织,也可以无纺,也可以做化学交联都可以,这个方向发展还是有很多的空间。再就是高温性,能不能走到120度,大家知道到120度水热管理方便的多,品质也非常好。目前在磺酸这个膜上很难实现,需要进行质子膜材料的构建,这个工作也列到了“十四五”性能发展的规划当中。低透气性,现在这个膜想低于2mA/cm比较难,要想办法在膜结构上进行化学和复合双重的改进,才可以做到这一步,不仅仅是透氢的问题,还有氮气,氮气会使功率密度下降,所以有很多的问题。这个膜在这里面还有很长的路要走,随着燃料电池汽车的发展,我想这个膜也会走在前面发展,而不是跟着发展,膜要走在前面,我们比较幸运的是,在这方面我们还是有不少的积累。

  汇报一下去年一年的工作,这些都是原来已经有的,接下来要做生产线,百万平方米的生产线,一个汽车10平方米,也就是10万辆车的生产线,在2025年以前能够保证国内燃料电池汽车需要的膜的供应。这是生产车间,已经建成,里面的设备在陆续开始安装,请大家放心,膜的事情,东岳一定会跟上。

  国内国外也都在做膜,国内也不仅仅是我们一家在做,有的人也在做研究,但是要做这个膜,这个膜非常特殊,为什么这么多年一直没有这个膜,主要是要求的条件太多了。首先你要工业化稳定的生产平台,要有年头才行,氟化工材料太特殊了,强腐蚀性,爆炸性等。还有聚合物的平台,你还要和汽车公司结合起来要有试验的评价,没有试验评价没有人敢用你的膜。还有团队的支撑,这个膜现在一直在赔钱,年年几千万,一般的公司都不愿意做,只有一些大的公司,愿意负责任的公司才做,每年都赔上千万,所以需要长期的积累,一天两天想把这个膜做起来比较难,要买一点聚合物涂一涂,一个小时能做出来,但是能不能满足要求这是另外一回事,这是东岳应该说全球最完善的链条,也许还有公司说我们也能做到这一步,但是大家可以讨论一下。

  谢谢各位。


新闻专题

更多>>

中国中车搭“新巴客2.0

2019年10月18日,影响全球客车界的“比利时... 更多>>

第三届机械润滑暨设备健康

2019年11月2日,由郑州市科学技术协会、中国... 更多>>

中国客车军团闪耀比利时

2019年10月18日-23日,全球客车界的顶级... 更多>>

2019中国旅游出行大会

“11月10日,“2019中国旅游出行大会”在广... 更多>>

Copyright 2004-2019 ChinaBus.Info All Rights Reserved   京公网安备 11010502038442号 京ICP备14048454号-2
版权所有:客车信息网 主办单位:北京国脉中通文化传媒有限公司

信息发布欢迎投稿意见建议诚聘精英联系我们