—上海坤艾新成果或推动行业飞跃发展

2019-04-23 13:06:31 中国能源网

由于零排放等特点,氢燃料汽车逐渐成为新能源汽车的终极方案,有关燃料电池国产化的呼声也在愈加增大,近期,国家迎来一项新能源领域的新技术,或将未来让燃料电池真正拥有更多的“中国芯”。

这项技术就是坤艾(KunAi)新材料科技(上海)有限公司研发成功新一代以超高分子量高性能磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)为核心的高温燃料电池质子交换膜(HTPEM)。与现有的质子交换膜相比,新的KunAi-HTPEM质子交换膜材料具有超高分子量,卓越的机械强度以及优异的质子导通率,超长运行时间,严格的成本控制,预计可以大幅加快氢燃料电池的商业化进程。该项技术依托于中国企业的研发能力,攻克了多项核心材料的技术难题,填补了我国在高温质子交换膜领域的自有技术空白。

据坤艾(KunAi)公司负责人介绍,公司技术团队核心成员参与研发了巴斯夫第一代高温质子交换膜产品。本次历时4年,自主研发的高温质子交换膜技术,经测试新型高温质子交换膜(KunAi- HTPEM)的膜材料固体含量可高达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种表征方法)可高达2～dl/g,质子膜的机械强度也相应大幅提高(进一步的长期稳定性测试会在巴斯夫全套模电极测试站技术基础上全面展开)。巴斯夫(BASF)高温质子交换膜已经实现了20,000小时稳定性运行,KunAi- HTPEM预计可以达到35,000～40,000小时,稳定性运行能力的大幅提高 ,可以使燃料电池组的寿命显著提高,让燃料电池系统不再“娇贵”。

资料显示,作为全球化工巨头的德国巴斯夫(BASF),一直在燃料电池领域拥有强大的科研实力和技术储备。巴斯夫(BASF) 燃料电池以高温燃料电池膜电极为拳头产品,通常不单独销售高温质子交换膜。巴斯夫高温质子交换膜电极曾供应Samsung(三星),plug power(普拉格能源),ultracell (超电池),丹麦Serenergy等全球客户 。ultracell (超电池)基于巴斯夫高温质子交换膜技术开发了xx5(25W)和XX55(50W)的燃料电池移动电源,认证供应美国军方特种部队。在 2018年的北京车展上,由中德合资企业Gumpert Aiways AutoMobile GmbH 与丹麦燃料电池开发制造商丹麦SerEnergy (Blue World) 合作的超跑轿车亮相,基于巴斯夫(BASF)高温质子交换膜技术的5KW电堆,利用重整甲醇产生的非高纯氢气给60KW锂电池充电,只需加注3分钟甲醇燃料,即可续航1200公里。

据记者了解,根据电解质和燃料不同,燃料电池分为六类:质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC),每种电池的应用场景都不一样。2011-2018年,受到交通领域需求拉动,质子交换膜(PEMFC)出货量出现了跨越式增长,年均复合增长率达到42.57%。

以高温质子交换膜膜电极(MEA)为核心的燃料电池总系统不同于目前流行的常温(60-80摄氏度)全氟磺酸膜电极(MEA)燃料电池系统,高温质子膜可以不依赖高纯氢气制备,储存(含汽车储氢),可以直接使用甲醇重整出来的含杂质的氢气,燃料电池总系统的复杂程度减低,运行无故障率提高,从而有效降低燃料电池本身的成本(和全氟磺酸膜类质子交换膜相比,质子膜的综合成本可以下降90%～95%,),具有非常大的价格优势。相对于价格不菲的高纯氢,动辄千万的加氢站,给用户带来心理压力的超高压储氢,甲醇价格低廉,能够最大限度地利用现有加油站的便利,在乘用车上的应用将会更加容易和便利。

根据E4tech统计,2017/2018年,质子交换膜在燃料电池领域的应用占比已经达到70%以上。中科院欧阳明高院士在多个场合表示,氢燃料电池更适合替代使用柴油的长途运输车辆以及客车领域,锂离子电池更适合于乘用车领域。业内人士预计,从使用场景来看,未来常温质子交换膜在卡车、大巴车、物流车等长途运输车辆以及大型基站,铁塔电源、偏远山区供电等方面应该有丰富的应用环境,而高温质子交换膜技术路线和现有的锂电池电动车路线,因为现有的成本优势和安全性,在出租车、乘用车、移动电源等领域,高温质子交换膜的应用场景将会更加丰富和便利。

坤艾(KunAi)新材料(上海)有限公司,成立于2016年2月,技术团队来自全球燃料电池领军企业,巴斯夫(BASF)燃料电池及普拉格能源(Plug Power)等,汇集了燃料电池工业界和学术界的多位元老级全球技术专家,包括全球高温质子交换膜和常温质子交换膜燃料电池领域的领军人物。他们共计拥有140余项技术专利,发表了160余篇学术论文并被广泛引用,同时参与制定编写欧盟燃料电池标准。 该团队曾经发表了高温质子交换膜领域的全球第一份学术论文,并参与了巴斯夫高温质子交换膜的研发,多年来专注于高分子化学分子材料的的研发和产业链整合,致力于高温质子膜的国产化替代和自主研发拥有自主知识产权的高温质子膜。

坤艾(KunAi)联合燃料电池领域的全球顶级技术专家,在燃料电池研究领域获得多项重大进展。在膜技术方面,坤艾自主研发了具有高固体含量,高机械强度,高温稳定性更好的化学改性高温质子交换膜;在膜电极技术方面,坤艾着力优化催化剂晶格结构以及膜与电极的界面性能;配合新型的密封材料以及双极板材料,大大提高了燃料电池膜电极/电堆以及系统的稳定性 同时大幅降低成本。

公司透露,公司已经在准备各项技术专利申请资料,预计在近期在全球提交技术专利申请。同时,公司计划引进国内在工程和工艺领域有多年技术经验积累的战略合作伙伴,计划在成都、青岛、新加坡分别建厂,尽快实现规模化生产。战略合伙伙伴的注资和合资公司组建正在推进中。