由于零排放等特點,氫燃料汽車逐漸成為新能源汽車的終極方案,有關燃料電池國產化的呼聲也在愈加增大,近期,國家迎來一項新能源領域的新技術,或將未來讓燃料電池真正擁有更多的“中國芯”。

這項技術就是坤艾(KunAi)新材料科技(上海)有限公司研發成功新一代以超高分子量高性能磷酸摻雜聚苯并咪唑(PBI)為核心的高溫燃料電池質子交換膜(HTPEM)。與現有的質子交換膜相比,新的KunAi-HTPEM質子交換膜材料具有超高分子量,卓越的機械強度以及優異的質子導通率,超長運行時間,嚴格的成本控制,預計可以大幅加快氫燃料電池的商業化進程。該項技術依托于中國企業的研發能力,攻克了多項核心材料的技術難題,填補了我國在高溫質子交換膜領域的自有技術空白。

據坤艾(KunAi)公司負責人介紹,公司技術團隊核心成員參與研發了巴斯夫第一代高溫質子交換膜產品。本次歷時4年,自主研發的高溫質子交換膜技術,經測試新型高溫質子交換膜(KunAi- HTPEM)的膜材料固體含量可高達10～20%,其中高分子材料的固有粘度值(I.V.- inherent viscosity 高分子固有粘度值是分子量的一種表征方法)可高達2～dl/g,質子膜的機械強度也相應大幅提高(進一步的長期穩定性測試會在巴斯夫全套模電極測試站技術基礎上全面展開)。巴斯夫(BASF)高溫質子交換膜已經實現了20,000小時穩定性運行,KunAi- HTPEM預計可以達到35,000～40,000小時,穩定性運行能力的大幅提高 ,可以使燃料電池組的壽命顯著提高,讓燃料電池系統不再“嬌貴”。

資料顯示,作為全球化工巨頭的德國巴斯夫(BASF),一直在燃料電池領域擁有強大的科研實力和技術儲備。巴斯夫(BASF) 燃料電池以高溫燃料電池膜電極為拳頭產品,通常不單獨銷售高溫質子交換膜。巴斯夫高溫質子交換膜電極曾供應Samsung(三星),plug power(普拉格能源),ultracell (超電池),丹麥Serenergy等全球客戶 。ultracell (超電池)基于巴斯夫高溫質子交換膜技術開發了xx5(25W)和XX55(50W)的燃料電池移動電源,認證供應美國軍方特種部隊。在 2018年的北京車展上,由中德合資企業Gumpert Aiways AutoMobile GmbH 與丹麥燃料電池開發制造商丹麥SerEnergy (Blue World) 合作的超跑轎車亮相,基于巴斯夫(BASF)高溫質子交換膜技術的5KW電堆,利用重整甲醇產生的非高純氫氣給60KW鋰電池充電,只需加注3分鐘甲醇燃料,即可續航1200公里。

據記者了解,根據電解質和燃料不同,燃料電池分為六類:質子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、堿性燃料電池(AFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池(PAFC),每種電池的應用場景都不一樣。2011-2018年,受到交通領域需求拉動,質子交換膜(PEMFC)出貨量出現了跨越式增長,年均復合增長率達到42.57%。

以高溫質子交換膜膜電極(MEA)為核心的燃料電池總系統不同于目前流行的常溫(60-80攝氏度)全氟磺酸膜電極(MEA)燃料電池系統,高溫質子膜可以不依賴高純氫氣制備,儲存(含汽車儲氫),可以直接使用甲醇重整出來的含雜質的氫氣,燃料電池總系統的復雜程度減低,運行無故障率提高,從而有效降低燃料電池本身的成本(和全氟磺酸膜類質子交換膜相比,質子膜的綜合成本可以下降90%～95%,),具有非常大的價格優勢。相對于價格不菲的高純氫,動輒千萬的加氫站,給用戶帶來心理壓力的超高壓儲氫,甲醇價格低廉,能夠最大限度地利用現有加油站的便利,在乘用車上的應用將會更加容易和便利。

根據E4tech統計,2017/2018年,質子交換膜在燃料電池領域的應用占比已經達到70%以上。中科院歐陽明高院士在多個場合表示,氫燃料電池更適合替代使用柴油的長途運輸車輛以及客車領域,鋰離子電池更適合于乘用車領域。業內人士預計,從使用場景來看,未來常溫質子交換膜在卡車、大巴車、物流車等長途運輸車輛以及大型基站,鐵塔電源、偏遠山區供電等方面應該有豐富的應用環境,而高溫質子交換膜技術路線和現有的鋰電池電動車路線,因為現有的成本優勢和安全性,在出租車、乘用車、移動電源等領域,高溫質子交換膜的應用場景將會更加豐富和便利。

坤艾(KunAi)新材料(上海)有限公司,成立于2016年2月,技術團隊來自全球燃料電池領軍企業,巴斯夫(BASF)燃料電池及普拉格能源(Plug Power)等,匯集了燃料電池工業界和學術界的多位元老級全球技術專家,包括全球高溫質子交換膜和常溫質子交換膜燃料電池領域的領軍人物。他們共計擁有140余項技術專利,發表了160余篇學術論文并被廣泛引用,同時參與制定編寫歐盟燃料電池標準。 該團隊曾經發表了高溫質子交換膜領域的全球第一份學術論文,并參與了巴斯夫高溫質子交換膜的研發,多年來專注于高分子化學分子材料的的研發和產業鏈整合,致力于高溫質子膜的國產化替代和自主研發擁有自主知識產權的高溫質子膜。

坤艾(KunAi)聯合燃料電池領域的全球頂級技術專家,在燃料電池研究領域獲得多項重大進展。在膜技術方面,坤艾自主研發了具有高固體含量,高機械強度,高溫穩定性更好的化學改性高溫質子交換膜;在膜電極技術方面,坤艾著力優化催化劑晶格結構以及膜與電極的界面性能;配合新型的密封材料以及雙極板材料,大大提高了燃料電池膜電極/電堆以及系統的穩定性 同時大幅降低成本。

公司透露,公司已經在準備各項技術專利申請資料,預計在近期在全球提交技術專利申請。同時,公司計劃引進國內在工程和工藝領域有多年技術經驗積累的戰略合作伙伴,計劃在成都、青島、新加坡分別建廠,盡快實現規模化生產。戰略合伙伙伴的注資和合資公司組建正在推進中。