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王振华:氢能芯片

 守山学堂 2022-01-23

王振华:氢能芯片—东岳质子交换膜产业化进展

图为山东东岳未来氢能材料有限公司副总经理王振华做主题演讲

日前,由中国电池工业协会、电池中国网联合主办的“2021氢能与燃料电池技术及应用国际峰会”在淄博举行。山东东岳未来氢能材料有限公司副总经理王振华做了题为“氢能芯片-东岳质子交换膜产业化进展”的报告。

以下为报告实录:

王振华:各位领导大家下午好,我今天非常感谢中国电池工业协会氢能燃料电池分会,昨天下午有很多领导到我们公司实地考察,大家更多地看到是展厅,也欢迎大家以后有什么到实验室进行指导。

今天我汇报的题目是氢能芯片-东岳质子交换膜产业化进展,前面的一些很多专家已经汇报下,大家都谈到“双碳”很多东西发生变化,能源是首当其冲,能源是我国占比最高的,也是变革压力最大的,因为有环保等等有很大的变化。能源的变革在过去的人类变革中起到角色非常重要。每一次能源革命再往深里是材料的变革,每一次演变都带来经济和生活整体的变革。

未来的一层能源肯定是以可再生资源为主无论是太阳能、光伏新的可再生资源,大家都认为未来是非常具有前途,波动性、分散不均匀等等在使用过程中,也存在不好用的地方,这里面就产生很多,比如说未来的陕西地区是可再生资源非常丰富的地区,但是怎么把可再生资源利用起来,消纳就成为关键。

现在发改委很多部委都在强调储能,就是如何把可再生资源如何的利用,怎么能够把消纳水平提上去,当然现在的储能现在还是以抽水蓄能为主,包括上午也讲到用氢这是未来发展非常重要的点。因为全球范围内氢能作为储能的案例目前还比较少,但是并不代表以后就没有未来,因为氢能作为储能,就是长时间、大规模集中式的储能而且还安全。所以在这种情况下,可能现在的储能需求还没有达到氢能作为储能的经济性或者说一个理想的规模。大家讲到储能后面是储能的体系以可再生资源为主,氢电互补或者可再生资源耦合的方式氢能成为一个新的能源体系。大家坐氢能燃料电池,在交通运输领域电动化也有很大帮助。

除此之外,慢慢地氢在未来的生产和生活中,成为无处不在的必要的形式在跟大家相处。今天上午也有领导讲到,我们氢作为能源来讲是起源于燃料电池,其实我个人认为氢作为能源使用,是氢内燃机,比燃料电池差不了多少,真正的氢燃料电池用在美国的航天上,后来才开始发展到燃料电池汽车上。现在大家重视氢燃料电池,不是氢不用,其实更多的是氢燃料电池造诣更高,可靠性更好,使氢能成为一个非常好的方向。那目前来讲,应该说全球最主流的或者应用量最大发展潜力比较高的,就是质子膜燃料电池,除此之外,磷酸还有磷酸型燃料电池,质子交换膜目前来讲技术成熟度、可靠性也比较强,尤其对交通应用领域比较高。

燃料电池刚才讲到,基本上都有电解质,质子交换膜就是工业的质子交换膜这是质子膜很重要的材料。当然除了在燃料电池,质子交换膜也应用到燃料制氢,也讲到电池储能,在这些领域,质子交换膜都有非常关键的作用扮演,也为大家称为氢能芯片,也是基于此。

质子交换膜如果按结构分类,其实从早期的非氟膜,到现在的含氟质子交换膜,所以它的寿命有很大挑战。最终商业化应用,尤其是像车用长受命不太适用,所以后面没有进行商业化。

半氟膜使骨架更结实,那么实际上使用的时候还是会存在骨架结构会有弱点,最后断裂损坏的情况,后来商业发展路径也没有发展起来,现在主流的无论是热电领域发电,还是备用的发电,在燃料电池里面,都是全氟膜,全膜膜具有很好的分子结构,面对非常苛刻的氢燃料电池可以保护作用,现在我们的全氟质子交换膜满足大规模的商用没有问题。

质子膜虽然按结构来讲,虽然是全氟的膜,主要的材料叫全氟质子,使得他最后树脂性能不同也导致生产的工艺、合成的路线、成本也都很大的差异,主要是以上的四种结构。

全球目前来讲,商业化做质子交换膜企业主要就是以上这些,当然这里面很多企业目前也有很多一些放弃质子交换膜这一块业务,现在目前全球商业化做树脂主要有5家公司。美国的科慕还有中国的东岳汽油日本的旭硝子,还有solvay,那东岳集团树脂产业链已经搭建起来,在叉车、物流车、商业车都有应用,目前在国内产业链为完整,我们真正商用化唯一的一家公司。

东岳做质子交换膜,今天早上郑绵平院士也在讲,他昨天看了我们产品之后到实验室到车间去指导,其实我们自己也很有感触,做好材料的创新,做好质子交换膜想不被别人卡脖子,这个东西不是一两天来的,首先是一个非常好的产业基础,从1989年开始,成为全球领先的氟化工企业,中国是最大最全的。那么有这个产业基础,才可以在产业基础上进一步的嫁接生产出含氟高端的膜,东岳氢能公司就是东岳集团的三十年的基础,独立成做质子交换膜产业化企业。

从2003年开始我们“863”专项,开始涉足质子交换膜的研发,到后面我们攻克质子交换膜的技术,在2018年开始进行商业化并进行产业化。这十几年下来,十几个国家和省里的科研项目,最终有了今天这个成果。

在这些年的过程中,我们不仅要解决我们材料从磺酸单体以及树脂的合成与此同时还要解决这个领域如何把树脂做成膜,尤其是满足车产品的应用,必须解决自动化的车间产业的问题,以及加工过程中结构与性能的关系,与此同时还要解决复合膜,还要满足我们下游的不同的工艺,对应的备膜的技术,还有添加剂的技术我们还要有完备的应用评价体系。这些东西都解决之后,你才敢说满足下游客户,我们所需要的产品不是一个量品。

我们2018年对标国外的竞品,我们产品性能跟国外相比已经不输于国外。在应用的场景上,我们的性能比国外还好。

刚才这里面像发电的性能,我们机械寿命、化学寿命、混合寿命测出来的数据我们跟国外的产品相比不逊色于对方,当然这里面国外的产品也在进步,我们也在跟进研发。未来随着装备工艺水平的提升,加上我们的材料方面的突破,我们有信心用3-5年追上,实现真正卡脖子问题的战略保障。

现在氢能作为能源端的扮演着重要的角色,电解制氢,我们现在的电解制氢膜也已经推出来,现在我们的产品已经开始小规模的在国内下游的龙头企业进行商业化的配套应用在一些小规模5000瓦左右的电解装置上,我们希望随着制氢材料的发展,我们国产的制氢也能够像燃料电池一样,实现快速的迭代。

我们液流电池膜能量转化的效率比对方都要强,液流电池膜是属于商业化的初期,今年的产业也有一个快速的发展,在相关的材料方面已经做好储备,为迎来国家大规模的商业化提前做好芯片的支撑。

产业化方面,从2018年开始立项,建立氢燃料电池质子交换膜以及配套原料的产业化项目,获得省市和市里各级领导大力支持,也使得公司无论从基础的原料到树脂的合到质膜的研发和生产,都获得快速进展。现在目前一期项目50万平方米质子交换膜在去年年底已经投产,今年国家推出氢能源燃料电池示范,我们很有幸成为全国唯一地区加入三个城市。在此过程中,获得领导、专家包括今天在座的下游伙伴的高度支持,也使得我们的产品已经批量地开始各种应用的领域。像今天亿华通的老总也讲到,到现在的目前的车辆有的最长跑到8万公里,效果还是不错,也给予我们很大的信心。那么这里也额外地提一下,我们很多领导或者专家或者有一些投资人提出疑问,氢燃料电池发展这么多年还是还没有商业化,一个是技术的进步,一个利益竞争格局。

在此背景下,国家提出氢燃料电池政策,在未来的几年打造自主知识更强的燃料电池产业链会起到一个非常大的保障。未来的几年会迎来氢燃料电池上规模的春天。

在此过程中,东岳在过去的十几年的发展,我们实现了质子交换膜从零到一的突破,也拥有从一到一百的能力,未来在国家政策的支持下,政府和专家领导的肯定和支持下,还有下游客户的积极的认可程度下,我相信东岳能够为我们的氢能产业做更多的事情。

我们也相信,我们国家的氢能产业一定能够发展起来。在这里也额外说一下,淄博作为东岳所在的城市,也是东岳土生土长就是从淄博生长起来的一家企业,对于淄博起来有很深的感情,在过去的发展过程中,也看到近几年来淄博市的主要领导,包括很多企业,很多投资都极具到淄博,淄博的氢能也有很多的产业基础,像亿华通都落在东岳未来氢能的附近,以后在淄博打造氢能产业核心材料和零部件的高地,这个地方也有非常好的富产氢还有政府政策方面的奖励,我相信淄博一定成为示范城市群一颗非常璀璨的明珠。有兴趣的话朋友,可以在淄博共同发展。谢谢大家!

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