作為膜電極核心材料之一的質子交換膜正在加速開啟國產化的進程。

前不久，山東東岳未來氫能材料有限公司150萬平方米燃料電池膜及配套化學品產業化項目正在加緊建設中，作為國內質子交換膜領域龍頭，東岳是國內率先實現質子交換膜批量供貨的公司。

然而，從國內已經裝車運行的燃料電池來看，國產質子交換膜的用量有限，進口產品依然是主導。

“從產品的穩定性、一致性和耐久度來看，進口的質子交換膜更有優勢。”國內一家膜電極生產企業創始人告訴高工氫電，目前，國內的膜電極企業還是更青睞進口的產品，即使是花更多的采購成本。

盡管東岳在質子交換膜生產技術上取得的重大突破，但是并不能掩蓋中國的氫燃料電池產業在產業鏈協同不夠成熟的現實，實現質子交換膜量產只是第一步，想要得到下游膜電極和電堆廠商的廣泛認同，還有很長一段路要走。

那么，又是什么原因讓國內膜電極企業更青睞進口質子交換膜材料？國產質子交換膜進展程度如何？

質子交換膜是膜電極的核心材料

膜電極組件是氫燃料電池最為核心的組成部分，而由質子交換膜、催化層和氣體擴散層三者構成的膜電極組件則相當于燃料電池的心臟。質子交換膜、催化層和氣體擴散層這三大核心材料，決定著氫燃料電池的壽命和性能，在很大程度上，也是支撐著整座“大廈”的地基。

在組成膜電極的三大材料中，質子交換膜的主要功能是傳輸質子，分隔反應氣體以及電子絕緣。它負責“把門”，把質子放過去，把電子、氫分子和水分子攔下來，是不可或缺的關鍵材料，其性能直接影響燃料電池的穩定性和耐久性。

由于氫燃料電池的這一工作原理，使得質子交換膜必須具備以下幾個特性：電導率高（高選擇離子導電而非電子導電）、化學穩定好（耐酸堿和抗氧化還原能力）、熱穩定性好、良好的機械性能（強度和柔韌性）、透氣率低和水的電滲透系數小。

以上這些特性也決定了質子交換膜制造工藝的復雜性。

從膜的結構來看，PEM大致可分為三大類：磺化聚合物膜，復合膜，無機酸摻雜膜。目前研究的PEM材料主要是磺化聚合物電解質，按照聚合物的含氟量可分為全氟磺酸質子交換膜、部分氟化質子交換膜以及非氟質子交換膜等。

目前，只有全氟磺酸質子交換膜成熟應用于車用燃料電池。

7微米的差別國產跟進口至少5年的差距

質子交換膜的重要性不言而喻，但是要做好車用燃料電池的質子交換膜并不簡單。

“目前車用質子交換膜逐漸趨于薄型化，由先前的幾十微米降低到幾微米，這樣能降低質子傳遞的歐姆極化，以達到較高的性能。”國內一家質子交換膜企業的高層認為，質子交換膜薄型化有利于減少燃料電池的體積，提升性能。

“但是這種薄型化膜的使用給耐久性帶來了挑戰，尤其是均質膜在長時間運行會出現機械損傷與化學降解。”上述人士認為，在車輛工況下，操作壓力、干濕度、溫度等操作條件的動態變化會加劇這種衰減，膜越輕薄，難度系數也就越高

此外，全氟物質的合成和磺化都非常困難，而且在成膜過程中的水解、磺化容易使聚合物變性、降解，使得成膜困難，導致成本較高。

值得注意的是，質子交換膜的難點還在于工藝周期長、工藝復雜、成膜的成本高。

“目前國內的質子交換膜做的最成熟的企業是東岳，但以東岳的工藝現階段只能做到15微米，現階段世界上最大的質子交換膜供應商戈爾量產的產品能做到8微米，差距頗大。”一位不愿具名的膜電極企業負責人告訴高工氫電，豐田在2014年的量產車型上使用的就是12微米的質子交換膜，國內至今難以達到豐田5年前的水平。

另一方面，質子交換膜燃料電池最核心的技術材料——全氟磺酸樹脂，幾乎完全依賴進口。能夠批量商業化的全氟磺酸樹脂基本被美國杜邦、德國索爾維（SOLVAY）和日本的旭化成等少數幾家公司所壟斷，東岳也正是憑借自產全氟磺酸樹脂才能在眾強林立的質子交換膜領域殺出一條路。

目前看來，價格是國產質子交換膜最大的優勢，據相關膜電極公司的采購人員透露，國產的價格比進口的價格要低30%到40%左右，但是考慮到穩定性和可靠性，在當前整個市場用量不高的背景下，進口膜依然是主導。

那么，國內外做質子交換膜的企業有哪些？這些公司目前的進展如何？且看下文繼續分析。

東岳集團：車用質子交換膜國產化先鋒

目前，國內山東東岳集團的質子交換膜技術最成熟，東岳同時也是唯一一家通過AFCC技術鑒定的企業，且是繼戈爾、科慕兩家外國企業之后國內市場占比最大的企業，并對國內實現批量供貨。

2004年，東岳集團聯合上海交通大學研發出質子交換膜，經日本豐田公司和德國Fuma.Tch公司分別檢測，東岳公司生產的質子交換膜性能出色不遜于同類產品。

2014年，東岳集團的質子交換膜僅800小時壽命；2015年，壽命達到2000小時；2016年，成功突破6000小時。

2016年，東岳膜DF260就已經應用于奔馳、福特公司第一批量產燃料電池汽車，之后更是成功開發了三種新樣品并且已經進入批量化試產階段。

目前，東岳DF260膜技術已經成熟并已定型量產，東岳DF260膜厚度做到15um，在OCV情況下，耐久性大于600小時；膜運行時間超過6000小時；在干濕循環和機械穩定性方面，循環次數都超過2萬次。

近期，山東東岳未來氫能材料有限公司150萬平方米燃料電池膜及配套化學品產業化項目正在加緊建設中，且東岳集團已建成年產50噸燃料電池離子膜所需要的全氟磺酸樹脂生產裝置，可滿足2.5萬輛電動汽車的離子膜所需。

江蘇科潤：鋼帶流延法批量供貨

江蘇科潤膜材料有限公司是繼東岳之后又一家能實現小批量供貨的質子交換膜制造商。據其官網介紹，目前公司擁有16項全氟離子膜方面的技術專利（其中一項PCT國際專利），科潤采用鋼帶流延法批量生產全氟離子膜。

據了解，科潤目前擁有萬級無塵恒溫恒濕車間、兩條全氟離子膜生產線，全氟離子膜產能達30萬平米，主要用于釩電池、燃料電池、電解水制氫等領域，其全氟磺酸質子交換膜已經應用在叉車等商用車上。

國外主要企業：

戈爾是車用質子交換膜行業的領頭羊

即便東岳在國內企業中一枝獨秀，但是和國外先進企業相比還有一定的差距。

根據美國能源部（DOE）的數據，目前市場上最優的質子交換膜性能在某些方面已經達到或超過DOE2020年的目標，機械耐久性達到了23000次，化學耐久性達到742小時，戈爾是其中最優秀的代表。

在車用燃料電池質子交換膜領域，戈爾創造性地發明ePTFE(膨體聚四氟乙烯)的專有增強膜技術，所以核心產品GORE-SELECT®PEM具有超薄、耐用、高功率密度的特性，與全球領先的新能源汽車制造商和燃料電池公司有著廣泛而深入的合作。豐田MIRAI、現代NEXO和本田CLARITY等都采用戈爾產品，被認為是滿足汽車應用挑戰的行業標準。

從產品來看，戈爾增強型質子交換膜每年出貨量達幾十萬平米，且逐年遞增中。目前公司出貨量較多的是18μm、15μm的質子交換膜。在超薄膜應用提速的形勢下，戈爾8μm超薄膜也得到客戶的好評。雖然超薄膜技術已經遠遠領先于同行，但戈爾實驗室里已經儲備了5μm乃至更薄膜的技術能力，正等待合適的產業化時機。

客戶方面，國內新源動力和東方電氣等近來推出的燃料電池電堆都采用了戈爾公司的GORE-SELECT質子交換膜。

從下游應用來看，20多年來，戈爾的薄膜在領先的整車廠以及全球數以萬計的車輛(包括乘用車、商用車、叉車等)、無人機、便攜式和固定式發電、儲能等應用中已經得到廣泛驗證。

科慕化學：源于杜邦Nafion系列膜開拓者

事實上，杜邦是全球最早開發并銷售質子交換膜的企業，其Nafion膜也是全球使用最廣泛的，但它并未推出新產品在車載燃料電池中使用，戈爾利用其增強型質子膜的優異性能很快占領并席卷全球85%左右的市場。

但是杜邦也并未眼睜睜看著車載質子膜的市場從自己手中溜走，2015年7月，杜邦進行拆分，拆分出來的科慕化學成為一家獨立運營的上市公司。

科慕在鈦白科技、氟產品和特殊化學品等三個業務領域是全球領導者，并最早的Nafion膜開發企業，目前致力于車載質子膜的開發，新品NC700已經發布。

據資料顯示，美國科慕Nafion質子交換膜價格為120美元/kW，相比戈爾，在價格上有一定優勢，但是根據行業人士透露，科慕的Nafion系列膜，產品市場競爭力較弱，其厚度并不適合動力領域。

國外的質子交換膜公司除了美國的戈爾和科慕化學以外，還有日本的旭化成、比利時的Solvay、加拿大的巴拉德、德國的巴斯夫等，但是這些企業的在車用燃料電池領域的出貨量都不大。

總體來看，在車用燃料電池的質子交換膜領域，戈爾公司一家獨大，國內東岳、科潤等公司開始崛起，東岳憑借十幾年的研發和經驗積累，成為最有希望挑戰進口膜的民族企業，但是要打消國內膜電極和電堆廠商的疑慮，還需要在薄型化和產品的一致性、耐久度上下功夫。