质子交换膜
质子交换膜(PEM,质子膜,氢离子交换膜)广泛应用于燃料电池、电解水制氢、全钒液流电池储能、氯碱工业等领域,全氟磺酸膜(PFSA)质子交换膜是市场主流产品。
质子交换膜根据含氟情况进行分类,主要包括:
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全氟磺酸质子交换膜(PFSA)
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部分氟化物质子交换膜
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复合质子交换膜
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无氟化质子交换膜
PEM燃料电池示意图:
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anodic catalyst layer:阳极催化剂层
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cathodic catalyst layer:阴极催化剂层
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Anode Plate:阳极板
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cathode plate:阴极板
类型 | 聚合物 | 优点 | 缺点 |
全氟磺酸PEM | 由碳氟主链和带有磺酸基团的醚支链构成 | 机械强度高;化学稳定性好;湿度大的条 件下导电率高;低温时电流密度大,质子传导电阻小;应用场景相对广泛 | 高温时膜易发生化学降解,质子传导性 变差;单体合成困难,成本高;用于甲 醇燃料电池时易发生甲醇渗透 |
部分氟化物PEM | 主链全氟,质子交换集团一般是磺酸集团 | 工作效率高;单电池寿命提高;价格较全氟PEM 相对较低 | 单体制备工艺复杂;综合性能不及全氟磺酸PEM;氧溶解度低 |
无氟PEM | 磺化芳香聚合物 | 工作温度范围宽;保水性好;易加工;环 境污染小;成本低 | 化学稳定性较差,很难同时满足高质子 传导性和良好机械性能;目前寿命较短 |
复合PEM | 全氟的非离子化微孔介质与全氟离子交换树脂结合 | 可改善全氟磺酸膜导电率极低及阻醇性差 等缺点,提高机械强度和尺寸稳定性 | 制备工艺有待完善 资 |
资料来源:《2022 年中国质子交换膜行业发展趋势报告》、元琛科技官网、开源证券研究所
东岳集团
公司已实现质子交换膜的批量化生产,规划500 万平米/年全氟化质子交换膜。2020 年11 月,公司150 万平米/年质子交换膜生产线一期工程投产,一期产能主要包括50 万平米/年燃料电池交换膜。此外,据公司官网显示,公司子公司东岳氢能拟投资18 亿元,建设500 万平米/年全氟质子膜与2 万吨/年ETFE (乙烯-四氟乙烯共聚物的英文为:ethylene-tetra-fluoro-ethylene,英文简称为:ETFE,俗称:聚氟乙烯,又俗称:F-40)及其配套化学品产业化项目,提高企业在国内外市场中的竞争力。项目建成后的产能包括350 万平米/年燃料电池膜、50 万平米/年水电解制氢膜、100 万平米/年液流电池膜、
2000 万平米/年微孔膜(其中360 万平米自用)、500 吨/年四氟磺内酯(全部自用)、500 吨/年全氟离子交换树脂(其中460 吨/年自用)等内容。
东材科技
公司布局50 万平米/年质子交换膜。2021 年9 月,公司公告拟通过全资子公司广州艾蒙特,投资5320 万元以在广州建设“年产50 万平方米质子交换膜项目”,致力于电解水制氢、燃料电池等领域用质子交换膜的研发和制造。
万润股份
公司无氟燃料电池质子膜材料项目正处于中试开发阶段。据公司公告,公司控股子公司九目化学于2021 年承接“无氟高稳定支状多元嵌段式燃料电池质子膜材料项目”,目前已处于中试开发阶段,有望开辟中国无氟PEM 市场。
江苏科润膜材料有限公司
产品在国内钒电池质子交换膜市场的份额已经达到90%。参考:全钒液流电池成储能界“新宠”