質子交換膜能讓燃料電池成本降一半？

作為氫燃料電池背后的核心部件，質子交換膜從上世紀60年代起就始終被美國杜邦公司壟斷。

隨著豐田Mirai、現代ix30燃料電池汽車的發布，美日歐各國加氫站布局鋪開，氫燃料電池因其較高的比能量密度，優秀的能量轉換效率以及真正清潔的能源特性而備受關注。

然而，作為氫燃料電池背后的核心部件，質子交換膜(Proton Exchange Membrane，PEM)從上世紀60年代起就始終被美國杜邦公司壟斷。

因此，當聽說電子科大教授何偉東及其團隊在實驗室中研發出的質子交換膜能夠與杜邦公司的產品抗衡，且成本僅僅是后者的十分之一時，車云菌還是很興奮的。

于是，車云菌找到何偉東，圍繞其在燃料電池材料方面的技術突破，以及對中國燃料電池技術前景等問題進行了探討。

電子科大教授 何偉東

一塊怎樣的“膜”?

對于普通用戶來說，質子交換膜無疑是一個頗為冷門的詞匯。但是，其對于燃料電池車的意義卻不可小覷。

首先是成本。

據何偉東介紹，燃料電池的核心系統是電堆，其成本能占到整個燃料電池的60%左右，而電堆的成本構成中尤以鉑系催化劑和質子交換膜為主。根據目前的市場現狀，一平方厘米的nafion膜(杜邦公司質子交換膜型號)需要幾元甚至近十元人民幣，而每一輛車用燃料電池對質子交換膜的需求都是平方米級別的，這就意味著一個燃料電池電堆中，包含有幾萬甚至上十萬的成本完全是歸于質子交換膜的。

其次是效率。

這里的效率主要指質子交換膜的質子傳導率，因為從工作原理上說，質子交換膜為質子的遷移和輸送提供通道，使得質子經過膜從陽極到達陰極，與外電路的電子轉移構成回路，向外界提供電流，因此質子傳導率數值與質子交換膜性能成正比。

何偉東團隊研發的質子交換膜

根據何偉東的說法，其團隊目前已經研制出了新的制漿工藝以及成膜工藝，其圓形模具出產的質子交換膜已經能達到數百平方厘米的量級。值得注意的是，何偉東稱，其質子傳導率是杜邦公司型號為Nafion 117質子交換膜的1.78倍，而成本在杜邦的質子交換膜的十分之一左右。據悉，他希望接下來能在提高材料孔率、孔形貌及厚度的可控性方面做一些突破。

何偉東團隊自行開發的電泳平臺

一塊“膜”的意義

當然，質子交換膜的意義還不僅僅關乎于燃料電池車本身或單純一塊燃料電池的成本和質量。眾所周知：

一方面，氫能作為高能量密度的優質能量載體，以及相對于鋰電池技術天生的清潔特質，使得面臨嚴峻環境問題的中國沒有理由拒絕;

另一方面，燃料電池較高的技術壁壘讓國內的燃料電池產業一直難以突破，并且關系制氫、儲運的各個環節都有一系列的技術問題需要解決。

因此，質子交換膜這一環一旦打通，看似可以解決燃料電池車這一單點問題，實則可打通整條燃料電池產業鏈。

不僅如此，何偉東還表示，作為一個可擴展性比較好的基礎材料，質子交換膜的研究意義不一定就只是面對興能源汽車的推廣。

不過，何偉東目前的質子交換膜研究成果還停留在實驗室階段，他也正尋找著產業化的機會。此前，何偉東研發的光觸媒產品已經開始著手量產。