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质子交换膜大规模应用会给燃料电池成本较大下降空间
银河证券 王莉 / 时间:2016-06-16 10:11:12

  据同花顺财经网2016年6月15日讯 据了解,在中国,为燃料电池汽车提供质子交换膜燃料电池厂商已经出现大连新源动力、上海神力科技等厂家。
  大连新源动力
  已实现燃料电池关键材料及关键部件、电堆组装的小批量生产,建成可年产5500KW燃料电池堆用关键部件的批量生产线,同时在车用燃料电池系统集成安装、调试、运行等方面拥有优势地位。长城电工参股新源动力近10%。
  上海神力科技
  主营氢质子交换膜燃料电池,是我国燃料电池技术研发和产业化的领先者。通过承担与完成国家“九五”重点攻关计划、“十五”863及“十一五”863重大攻关计划燃料电池发动机课题,已成为具有完全自主常识产权的燃料电池技术并达到国际先进水平。安凯客车、长安汽车也与上海神力科技合作,开发氢燃料汽车,并拥有一定的技术储备。
  燃料电池汽车的工作原理:作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中,与大气中的氧气发生氧化还原化学反应,产生出电能来带动电动机工作,由电动机带动汽车中的机械传动结构,进而带动汽车的前桥(或后桥)等行走机械结构工作,从而驱动电动汽车前进。
  燃料电池汽车产业链包括上游制氢和配套厂商、核心部件厂商、燃料电池动力系统厂商和下游整车厂商,其中最核心的是燃料电池动力系统。燃料电池动力系统主要包括燃料电池系统、驱动电机及控制系统,整车控制系统、辅助电源、储氢装置。
  氢燃料电池中的电解质膜等核心部件分析
  燃料电池堆主要是由单燃料电池构成。单电池又包括双极板、密封圈、膜电极(MEA),其中膜电极包括质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。
  膜电极组件(MEA)是将质子交换膜、催化层电极、扩散层在浸润Nafion液后,在一定温度和压力下,热压而成的三合一组件,是保证电化学反应能高效进行的核心,其制备技术不但直接影响电池性能,而且对降低电池成本、提高电池比功率与比能量至关重要。


质子交换膜大规模应用会给燃料电池成本较大下降空间


  国外的主流供应商有美国3M、美国杜邦、W.L.Gore & Associates(戈尔企业)、日本旭硝子、英国JM、德国Solvicore等;国内主要是部分研究机构如武汉理工新能源、大连化学物理所等在从事电极和MEA的研究。
  电解质膜的作用是允许质子通过而阻止未电解的燃料和氧化剂渗透到对方。氢燃料电池的电解质膜主要用质子交换膜。质子交换膜(Proton Exchange Membrane,缩写为PEM)是氢燃料电池的最核心部件,是燃料电池电解质和催化剂进行电化学反应的基地。它与一般化学电源中使用的隔膜有区别。
  最早用于燃料电池的质子交换膜是美国杜邦企业于60年代末开发的全氟磺酸质子交换膜(Nafion膜),此后,又出现了其它几种类似的全氟磺酸结构质子交换膜,包括美国陶氏(Dow)化学企业的Dow膜、日本Asahi Chemical企业的Aciplex膜和Asahi Glass企业的Flemion膜。目前主流供应商依然以美国杜邦为主。


质子交换膜大规模应用会给燃料电池成本较大下降空间


  质子交换膜性能要求非常高,目前在氢燃料电池中使用的质子交换膜均采用全氟化聚合物材料合成,该材料稳定性好、使用寿命长,相对来说可以保证良好的化学和电化学稳定性、高质子导电性、良好的阻气性能、高机械强度、与电极较好的亲和性。因此,它的开发和生产难度很大。制造成本过高,售价昂贵。为了获得稳定而低价的燃料电池,质子交换膜是最大的瓶颈和未来必须突破的领域。
  国内研究机构如天津大学、武汉理工大学、大连化学物理所等在质子交换膜领域研究较久。
  国内的商业化生产商,主要是大连新源动力、上海神力科技和同济科技旗下的中科同力。
  同济科技与中科院上海有机化学研究所、上海神力科技共同组建了中科同力化工材料有限企业,同济科技目前持股36.23%。中科同力主要致力于质子交换膜燃料电池关键材料与部件研发。
  燃料电池组中最重要、成本占比最大的是质子交换膜、电极(催化剂和扩散膜)、双极板。
  目前国内企业主要向美国杜邦企业采购,每平米质子交换膜成本约为400美金以上,一般每辆氢燃料电池汽车需要20平米以上,整车光质子交换膜成本就需要5万元,按照丰田最新Mirai燃料电池汽车售价30万元来算,光质子交换膜就占到整车成本15%以上。
  质子交换膜的大规模应用及燃料电池其它部件优化,都会给燃料电池系统带来较大的成本下降空间。

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