作為車(chē)用燃料電池核心材料，質(zhì)子交換膜技術(shù)門(mén)檻極高。全球燃料電池汽車(chē)發(fā)展多年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多企業(yè)投入過(guò)質(zhì)子交換膜的研發(fā)生產(chǎn)，但大多因?yàn)楦鞣N各樣的原因或停滯或放棄該業(yè)務(wù)，能夠長(zhǎng)期堅(jiān)持下來(lái)且實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的僅有戈?duì)枴?/p>

戈?duì)枒{什么能夠獲得車(chē)用質(zhì)子交換膜“獨(dú)一無(wú)二”的市場(chǎng)地位？作為“領(lǐng)頭羊”，戈?duì)柦酉聛?lái)的戰(zhàn)略規(guī)劃又將如何影響行業(yè)的發(fā)展？

近日，高工氫電巡回調(diào)研團(tuán)隊(duì)到訪戈?duì)枴８隊(duì)柍闪⒂?958年，是一家以材料科技為本的全球性公司，從發(fā)明GORE-TEX®面料推動(dòng)戶(hù)外服飾行業(yè)革新，到創(chuàng)造醫(yī)療器械改善生活、拯救生命，以及在特種航天、醫(yī)藥和移動(dòng)電子等行業(yè)中實(shí)現(xiàn)更出色的產(chǎn)品性能等。公司總部位于美國(guó)特拉華州紐瓦克市，在全球擁有約9500名員工，年收入逾35億美元。

在車(chē)用燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)域，戈?duì)杽?chuàng)造性地發(fā)明ePTFE(膨體聚四氟乙烯)的專(zhuān)有增強(qiáng)膜技術(shù)，所以核心產(chǎn)品GORE-SELECT®PEM具有超薄、耐用、高功率密度的特性，與全球領(lǐng)先的新能源汽車(chē)制造商和燃料電池公司有著廣泛而深入的合作。豐田MIRAI、現(xiàn)代NEXO和本田CLARITY等都采用戈?duì)柈a(chǎn)品，被認(rèn)為是滿足汽車(chē)應(yīng)用挑戰(zhàn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

從技術(shù)來(lái)看，戈?duì)栔阅軌蛞I(lǐng)全球車(chē)用質(zhì)子交換膜的發(fā)展，主要源于四點(diǎn)：1、質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)是通過(guò)酸性的有電阻功能的氟磺酸離聚體樹(shù)脂，戈?duì)栐诮甑难邪l(fā)過(guò)程中，篩選和評(píng)測(cè)眾多不同特性離聚體，找到最佳方案，適應(yīng)不同工況條件的需求；

2、作為ePTFE膜的發(fā)明者和領(lǐng)導(dǎo)者，戈?duì)柨梢宰匀绲貙?duì)膜微觀機(jī)構(gòu)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，獨(dú)特的ePTFE膜微觀結(jié)構(gòu)幫助實(shí)現(xiàn)氟磺酸離聚體的最佳性能；

3、耐久性是車(chē)用質(zhì)子交換膜的一大技術(shù)瓶頸，而戈?duì)柲ぜ夹g(shù)打破了傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜質(zhì)子傳導(dǎo)性和耐久性的矛盾。其通過(guò)特殊的膜結(jié)構(gòu)選擇來(lái)達(dá)到很高的機(jī)械強(qiáng)度，降低溶脹，同時(shí)優(yōu)選的助劑配方實(shí)現(xiàn)極強(qiáng)的化學(xué)耐久性，使質(zhì)子交換膜持久地保持高性能；

4、眾所周知，規(guī)模化生產(chǎn)、批量穩(wěn)定性和質(zhì)量均一性是車(chē)用質(zhì)子交換膜的關(guān)鍵。戈?duì)栕灾餮邪l(fā)的生產(chǎn)流程和工藝，特別是百萬(wàn)平米級(jí)別的連續(xù)生產(chǎn)線是質(zhì)子交換膜技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，成為其產(chǎn)品走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的保證。

從產(chǎn)品來(lái)看，戈?duì)栐鰪?qiáng)型質(zhì)子交換膜每年出貨量達(dá)幾十萬(wàn)平米，且逐年遞增中。目前公司出貨量較多的是18μm、15μm的質(zhì)子交換膜。在超薄膜應(yīng)用提速的形勢(shì)下，戈?duì)?μm超薄膜也得到客戶(hù)的好評(píng)。雖然超薄膜技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于同行，但戈?duì)枌?shí)驗(yàn)室里已經(jīng)儲(chǔ)備了5μm乃至更薄膜的技術(shù)能力，正等待合適的產(chǎn)業(yè)化時(shí)機(jī)。

戈?duì)杹喬珔^(qū)高級(jí)經(jīng)理陳恩澤表示：“目前下游客戶(hù)對(duì)超薄膜很感興趣，主要原因在于超薄增強(qiáng)膜大大降低質(zhì)子傳導(dǎo)阻力，降低歐姆極化，提高電堆功率密度。同時(shí)超薄的設(shè)計(jì)更加有利于水氣的傳導(dǎo)，特別是在低濕條件下，提升整個(gè)電堆的運(yùn)行性能。超薄膜還意味著原料更節(jié)省，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，開(kāi)發(fā)者可以開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)單更低成本的系統(tǒng)。”

值得注意的是，超薄膜要實(shí)現(xiàn)更好的性能，技術(shù)難度比尋常膜大得多。

“戈?duì)朑ORE-SELECT®PEM是基于ePTFE（膨體聚四氟乙烯）增強(qiáng)的超薄高耐久離子交換膜技術(shù)。該技術(shù)的亮點(diǎn)是通過(guò)超薄（可低于10微米）增強(qiáng)設(shè)計(jì)（獨(dú)特的ePTFE微觀結(jié)構(gòu)）和特殊的原材料（氟磺酸離聚體以及助劑配方），提高燃料電池質(zhì)子傳導(dǎo)性能，提升功率密度，增強(qiáng)機(jī)械和化學(xué)耐久性，延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)在車(chē)輛使用環(huán)境下的壽命。”陳恩澤說(shuō)。

經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，戈?duì)?μm膜的化學(xué)耐久性和壽命比肩18μm膜。其在保證膜質(zhì)子傳導(dǎo)性能的情況下極大地降低了膜溶脹失效，化學(xué)降解失效，特別是在高溫低濕的環(huán)境下。同時(shí)戈?duì)柾ㄟ^(guò)膜的特殊微觀機(jī)構(gòu)，有效降低滲氫率，同時(shí)不影響質(zhì)子通過(guò)效率，這大大提高了系統(tǒng)的燃料效率。

整體而言，戈?duì)柍∧た梢詭椭鷾p少電堆體積和重量，同時(shí)優(yōu)異的耐久性能也延長(zhǎng)了電堆使用壽命，提高輔助系統(tǒng)的冗余度，降低復(fù)雜性，從而降低其全生命周期使用成本。

眾所周知，燃料電池汽車(chē)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用，必須與純電動(dòng)車(chē)及傳統(tǒng)燃油車(chē)進(jìn)行的綜合競(jìng)爭(zhēng)力對(duì)比，這意味著燃料電池系統(tǒng)在提高功率密度、實(shí)際路況耐久性（一般情況下至少>5000小時(shí)耐久運(yùn)行，約等于二十萬(wàn)公里行駛里程），以及綜合系統(tǒng)成本上要大幅提高現(xiàn)有水平。

“作為目前占電堆成本25%左右的關(guān)鍵材料，通過(guò)戈?duì)栕钚屡炕a(chǎn)技術(shù)帶來(lái)規(guī)模效應(yīng)，未來(lái)更有大幅度成本下降的空間，從而助力燃料電池汽車(chē)對(duì)比傳統(tǒng)汽車(chē)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”戈?duì)柛呒?jí)銷(xiāo)售經(jīng)理陳疌表示，戈?duì)柎蛟炝巳蚴讞l符合汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)線，位于日本岡山市，設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)數(shù)百萬(wàn)平米/年，采用最新一代工藝設(shè)計(jì)，滿足整車(chē)企業(yè)嚴(yán)苛的質(zhì)量要求，能夠顯著降低生產(chǎn)不可控因素及人力成本。

從下游應(yīng)用來(lái)看，目前全球領(lǐng)先的燃料電池汽車(chē)制造商均選用戈?duì)柲ぷ鳛槲ㄒ还?yīng)商應(yīng)用到其量產(chǎn)車(chē)型上，比如豐田MIRAI、本田CLARIFY、現(xiàn)代NEXO、上汽FCV系列等。同時(shí)，戈?duì)柡蛧?guó)內(nèi)其他眾多整車(chē)企業(yè)、系統(tǒng)制造商也在進(jìn)行大量合作。

舉個(gè)例子，自2018年2月開(kāi)始運(yùn)行，采用東方電氣氫燃料電池系統(tǒng)的10臺(tái)蜀都?xì)淙剂想姵毓卉?chē)，其中東方電氣自主研制的膜電極組件通過(guò)耐久性驗(yàn)證，壽命突破5000小時(shí)的預(yù)設(shè)要求，戈?duì)朑ORE-SELECT®PEM的耐久性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。

在國(guó)內(nèi)，除了配套東方電氣自主研發(fā)的膜電極組件外，戈?duì)栠€助力新源動(dòng)力HYMOD®-36型車(chē)用燃料電池電堆突破了5000小時(shí)耐久性難關(guān)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電堆在-20℃環(huán)境下的低溫啟動(dòng)，以及在-40℃下的儲(chǔ)存。2019年1月，戈?duì)枠s獲新源動(dòng)力頒發(fā)優(yōu)秀供應(yīng)商獎(jiǎng)。

事實(shí)上，20多年來(lái)，戈?duì)柕谋∧ぴ陬I(lǐng)先的整車(chē)廠以及全球數(shù)以萬(wàn)計(jì)的車(chē)輛（包括乘用車(chē)、商用車(chē)、叉車(chē)等）、無(wú)人機(jī)、便攜式和固定式發(fā)電、儲(chǔ)能等應(yīng)用中已經(jīng)得到廣泛驗(yàn)證。從其技術(shù)儲(chǔ)備來(lái)看，更薄、更耐久、更適應(yīng)高溫應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)等正接近商用化水平。

如今戈?duì)朑ORE-SELECT®PEM被認(rèn)為是燃料電池汽車(chē)應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。戈?duì)朑ORE-SELECT®PEM技術(shù)、生產(chǎn)工藝及大規(guī)模量產(chǎn)能力必將促進(jìn)質(zhì)子交換膜燃料電池成為全球新能源汽車(chē)行業(yè)主要技術(shù)路線和重要增長(zhǎng)引擎。

本次巡回調(diào)研活動(dòng)得到贊助商山東魔方新能源科技有限公司團(tuán)隊(duì)的大力支持。目前魔方新能源主要研發(fā)設(shè)計(jì)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、電堆、石墨雙極板、MEA等核心產(chǎn)線。作為設(shè)備供應(yīng)商，團(tuán)隊(duì)?wèi){借十多年的燃料電池研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可深度參與客戶(hù)的技術(shù)工藝路線選型；可充分滿足客戶(hù)需求，開(kāi)發(fā)出領(lǐng)先的整套生產(chǎn)線。