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上海交通大学特聘教授张永明:有了全氟质子交换膜才有燃料电池系统和发动机
2018年01月21日 15:08 中国汽车报 

  上海交通大学特聘教授张永明

  各位领导、各位嘉宾,上午好!我聚焦燃料电池电堆部件——全氟质子交换膜。有了质子交换膜,才有燃料电池以后的系统和发动机。

  尾气污染途径。

  汽车尾气是影响生活最大的祸根。我们做的事情非常有意义,过去有很好的环境,现在被汽车工业污染到现在的状况,没有办法生存。电动车,燃料电池电动汽车是必然的发展方向。从化学工作人员角度:“尾气里有多毒的东西?”“我把自己关在车库里没有熬过一分钟”。因此,不解决尾气,没有办法过美好生活。

  质子交换膜燃料电池核心技术。

  燃料电池关键在于部件与系统,如果把部件做好,很多做系统的专家技术人员完全可以做出很好的系统。目前的关键问题是没有把部件做好。质子交换膜燃料电池,中间黄色的是质子交换膜,两边是催化层,两边灰色是扩散层,再往外是双极板。如果把它们都做好,能够集成很好的电堆。像一代材料、一代能源、一代装备一样,材料是核心,也是出发点。

  燃料电池质子交换膜的来历。

  从材料角度,质子交换膜是材料的一种,材料分无机金属材料和高分子材料。高分子材料有聚乙烯普通的高分子材料,后来发展更高性能含硅材料,再后来是含氟的材料。不得不回顾杜邦公司做的工作,PTFE是杜邦公司1938年发明的。PTFE是高分子,它形成的材料非常稳定。难能可贵的是杜邦的科学家把磺酸根引入PTFE炼厂,形成聚合物,这也是质子交换膜的发展缘由。现在都是在此基础上发展成为各种结构,但末端一定是磺酸根的结构。Nafion流行了很长时间,可惜杜邦公司没有下多少功夫。

  东岳燃料电池质子交换膜的研发过程。

  为什么质子交换膜我们一家做?因为,研究太难、路线长、耗时长。2003年至今,做15年,不赚一分钱,还赔钱。如果不是后面集团公司的支持,工作不可能持续。我们从萤石矿与盐矿开始做,最后做到膜。国际上有很多公司也在做,但它们是在某一个起点做,有的从聚合物开始做。我们从最开始研究一步一步做,我国将来用膜也有底气。我们有成本的底气,也有高性能的底气。为膜做的原材料装置,都是实实在在的工业装置,而不是实验室做的小东西拿出来测试,性能非常好。所有后面的性能都是基于工业规模的技术。前几年李克强总理专门到实验室询问,前年开会时他问我“膜做的怎样?”,他非常关心这项技术的发展,对我们是很大的鼓舞。

  这是全氟质子交换膜的曲线,我们与奔驰公司合作。目前市面上DF260有两代新膜,其中2.0代膜的电流密度可以到6.5,但这没有体现寿命,而清华大学李教授提到有关寿命的问题。2007年至今,我们与奔驰公司合作十年,了解全过程。根据汽车公司的要求,六千小时就能满足要求。我们也询问过他们“膜做完六千小时完好无损,是不是可以往后做?”,它们说没有必要。所以,国内外考核标准与方法需要进行交流。性能质量达标的牌子是它们颁发,全球只有两块,美国戈尔公司和我们。有了评价工作,我们对前面工作基本满意。

  涉足燃料电池质子膜研发工作的有很多,前面有国际大公司,东岳未来氢能材料公司也在做。目前,能够达到汽车公司要求的是戈尔公司和我们,我们会与国际同行一道,继续推动燃料电池关键材料的发展。日本功率密度将达到六千瓦、八千瓦,不知道能不能到八千瓦,但目前四千瓦的膜已经做好准备。

  谢谢大家!

责任编辑:赵方婷
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