2019年，全球汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入深度變革的關(guān)鍵時(shí)期。汽車技術(shù)、市場、政策正在發(fā)生前所未有的變化，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。在這個(gè)大背景下，2020年1月10日中國電動(dòng)汽車百人會(huì)召開了以“把握形勢 聚焦轉(zhuǎn)型 引領(lǐng)創(chuàng)新”為主題的年度大型論壇。此次論壇將討論全球及中國汽車產(chǎn)業(yè)與市場發(fā)生的重大變革，轉(zhuǎn)型方向與路徑，中國有關(guān)汽車的政策走勢以及市場驅(qū)動(dòng)階段的新能源汽車技術(shù)路線、產(chǎn)業(yè)重組的機(jī)遇與競爭合作模式、電動(dòng)汽車安全、核心技術(shù)突破、燃料電池汽車發(fā)展、自動(dòng)駕駛與智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)與規(guī)制創(chuàng)新等相關(guān)內(nèi)容。

  會(huì)議上上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授張永明發(fā)表了演講，以下為演講實(shí)錄：

上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授 張永明

  尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓，我匯報(bào)一下我們行業(yè)的情況，所謂的行業(yè)是非常小的領(lǐng)域，就是燃料電池質(zhì)子膜的工作。

  這是匯報(bào)的基本內(nèi)容。全氟質(zhì)子膜，我們質(zhì)子膜燃料電池顧名思義，質(zhì)子膜在里面扮演著很重要的作用。燃料電池汽車剛才很多領(lǐng)導(dǎo)專家已經(jīng)說了，已經(jīng)發(fā)展到了商業(yè)化階段，所以下面的發(fā)展我們要更加努力。

  關(guān)于全氟質(zhì)子膜，它處在什么樣的位置，前面王海江教授和潘牧教授都介紹了這個(gè)工作。車完了以后就是動(dòng)力系統(tǒng)，然后是電堆，然后是膜電極，這樣一個(gè)膜電極厚度大概0.5毫米，展開就是這樣一個(gè)組合圖。這樣一個(gè)組合分解圖來看，幾樣非常重要的東西，一個(gè)是中間的膜，兩邊是催化層，接下來是擴(kuò)散層，加上雙極板組合成的電堆。

  下面我介紹一下全氟質(zhì)子膜的發(fā)展歷史。質(zhì)子膜開始都是碳?xì)漕惖?，帶有磺酸根或者硫酸根的東西，這樣的材料在燃料電池用性能比較差，沒有什么競爭性。接下來就是以含氟的，不是全氟的，主鏈含氟的聚合物，下面帶有磺酸根硫酸根等，但這也是同樣的情況，雖然性能提高但還是不能滿足使用的要求。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，最后確認(rèn)全氟的才能達(dá)到要求，這里特別感謝杜邦公司的開創(chuàng)性工作，他們?cè)?0年代開發(fā)了全氟結(jié)構(gòu)，才使得今天燃料電池汽車和燃料電池的飛機(jī)和火車才有可能性，所以在燃料電池質(zhì)子膜發(fā)展的歷史當(dāng)中，杜邦公司做了非常重要的貢獻(xiàn)。

  杜邦公司做的工作主要在前面，隨著汽車的發(fā)展，要求膜的強(qiáng)度提高，純粹的聚合物膜不能滿足要求了，后來Gore公司發(fā)明了增強(qiáng)型的膜，增強(qiáng)了要求，主要是滿足雙向拉伸微孔膜，使得現(xiàn)在燃料電池汽車密度大幅度提高。涉足燃料電池電池質(zhì)子膜研發(fā)公司十幾個(gè)，我們公司，就是東岳公司在這方面和國外一道發(fā)展燃料電池質(zhì)子膜，目前是美國Gore公司和中國的東岳公司走在前面。

  燃料電池質(zhì)子膜發(fā)展?fàn)顩r是什么樣，中國50年代就開始做質(zhì)子膜，到80年代開始做全氟膜，但進(jìn)展緩慢，2003年正式開始，在科技部支持下開展了系統(tǒng)的研究工作，2017年中國的全氟質(zhì)子膜走到了世界一流的水平上，所以我們比較幸運(yùn)的發(fā)展到現(xiàn)在的水平。這是東岳燃料電池全氟質(zhì)子膜的發(fā)展情況，03年開始，到2006年、2008年、2011年、2016年、2017年、2018年、2019年，到2019年開始啟動(dòng)百萬平方米全氟質(zhì)子膜的項(xiàng)目，在東岳氫能公司做的，每一步確實(shí)付出了很多代價(jià)，收到了很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。這是現(xiàn)在東岳公司做的各種聚合物，長的，短的，交聯(lián)的，十幾種都有，所以成膜聚合物是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，它涉及很多氟化工和氟材料的過程。

  我們做這個(gè)膜，需要對(duì)這個(gè)膜進(jìn)行深入的研究。這是去年我作報(bào)告的時(shí)候，我們說有一個(gè)黑箱，就是全氟質(zhì)子膜微觀結(jié)構(gòu)，去年我們還沒有真正打開這個(gè)黑箱，經(jīng)過一年的工作，我們打開了這個(gè)黑箱。這是現(xiàn)有的各種模型，我們認(rèn)為都不夠完善。采用散射光的技術(shù)，還有廣角、小角各種儀器，這個(gè)儀器也是我們獨(dú)有的。這是進(jìn)行微觀原位成膜過程的研究，這是關(guān)于質(zhì)子通道的問題，對(duì)聚合物結(jié)晶問題進(jìn)行了深入的研究。

  這是一個(gè)照片，里面講的離子通道，過去我們只知道大概的，對(duì)一些深入的東西沒有深入的了解，這個(gè)微觀結(jié)構(gòu)到底是什么情況呢，我們膜的結(jié)構(gòu)和這一堆玉米非常類似，一粒一粒玉米，相當(dāng)于磺酸集團(tuán)的位置，玉米芯屬于鏈結(jié)構(gòu)，這個(gè)膜就是由一個(gè)一個(gè)玉米棒子連接起來的，有的是單個(gè)存在，有的互相交叉在一起。過去我們總想，是不是平行的離子通道是最好的，經(jīng)過我們的研究，認(rèn)為平行通道沒有這種通道好。

  燃料電池膜的發(fā)展方向是什么呢，更高的電導(dǎo)率，更低的EW值，主要是在大功率輸出的時(shí)候有用。如果功率密度比較低，不需要這么低的EW值。過去在小于100的電導(dǎo)率，現(xiàn)在這個(gè)膜在100到200，未來要在200到300，支撐質(zhì)子密度6kW/L。第二方面就是增強(qiáng)型復(fù)合離子膜，現(xiàn)在大多采用Gore公司雙向拉伸的微孔膜，接下來有各種各樣的增強(qiáng)方式，也可以紡織，也可以無紡，也可以做化學(xué)交聯(lián)都可以，這個(gè)方向發(fā)展還是有很多的空間。再就是高溫性，能不能走到120度，大家知道到120度水熱管理方便的多，品質(zhì)也非常好。目前在磺酸這個(gè)膜上很難實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)行質(zhì)子膜材料的構(gòu)建，這個(gè)工作也列到了“十四五”性能發(fā)展的規(guī)劃當(dāng)中。低透氣性，現(xiàn)在這個(gè)膜想低于2mA/cm比較難，要想辦法在膜結(jié)構(gòu)上進(jìn)行化學(xué)和復(fù)合雙重的改進(jìn)，才可以做到這一步，不僅僅是透氫的問題，還有氮?dú)?，氮?dú)鈺?huì)使功率密度下降，所以有很多的問題。這個(gè)膜在這里面還有很長的路要走，隨著燃料電池汽車的發(fā)展，我想這個(gè)膜也會(huì)走在前面發(fā)展，而不是跟著發(fā)展，膜要走在前面，我們比較幸運(yùn)的是，在這方面我們還是有不少的積累。

  匯報(bào)一下去年一年的工作，這些都是原來已經(jīng)有的，接下來要做生產(chǎn)線，百萬平方米的生產(chǎn)線，一個(gè)汽車10平方米，也就是10萬輛車的生產(chǎn)線，在2025年以前能夠保證國內(nèi)燃料電池汽車需要的膜的供應(yīng)。這是生產(chǎn)車間，已經(jīng)建成，里面的設(shè)備在陸續(xù)開始安裝，請(qǐng)大家放心，膜的事情，東岳一定會(huì)跟上。

  國內(nèi)國外也都在做膜，國內(nèi)也不僅僅是我們一家在做，有的人也在做研究，但是要做這個(gè)膜，這個(gè)膜非常特殊，為什么這么多年一直沒有這個(gè)膜，主要是要求的條件太多了。首先你要工業(yè)化穩(wěn)定的生產(chǎn)平臺(tái)，要有年頭才行，氟化工材料太特殊了，強(qiáng)腐蝕性，爆炸性等。還有聚合物的平臺(tái)，你還要和汽車公司結(jié)合起來要有試驗(yàn)的評(píng)價(jià)，沒有試驗(yàn)評(píng)價(jià)沒有人敢用你的膜。還有團(tuán)隊(duì)的支撐，這個(gè)膜現(xiàn)在一直在賠錢，年年幾千萬，一般的公司都不愿意做，只有一些大的公司，愿意負(fù)責(zé)任的公司才做，每年都賠上千萬，所以需要長期的積累，一天兩天想把這個(gè)膜做起來比較難，要買一點(diǎn)聚合物涂一涂，一個(gè)小時(shí)能做出來，但是能不能滿足要求這是另外一回事，這是東岳應(yīng)該說全球最完善的鏈條，也許還有公司說我們也能做到這一步，但是大家可以討論一下。

  謝謝各位。