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氢听剧场 | 丁涵:《国产质子膜创新与产业化进展》

2025-02-27

氢听剧场

作为CHFE2024极具特色品牌活动之一,累计邀请了超过100位行业专家与企业高管发表主题演讲,以演讲的形式,共同分享氢能行业前沿技术理念及实战干货。


今年氢听剧场与展览深度融合,于A馆二楼成功举办。设有「氢启匠心:装备技术及材料专场」、「氢链之路:制储运加专场」、「氢能进阶:降本增效与多元化应用专场」三大专场,为大家呈现一场氢能与燃料电池技术思想交流“盛宴”!


以下,将陆续发布氢听剧场嘉宾演讲内容速记。





《国产质子膜创新与产业化进展》



山东东岳未来氢能材料股份有限公司

应用开发部主任   丁涵



谢谢大会给机会在这里向行业内介绍一下东岳在国产质子膜研发、产业化,在2024年相关的进展。

   

今天从以下四个方面进行汇报:首先是氢能产业现状及挑战。这一部分可能大家比较了解,就简单过一下。从整个氢能产业来看,已经完成了产业链布局,从整个产业链条、产业集群和核心领域都有相关的突破。当然,面对现状有很多挑战,在上游制氢方面成本也是制约PEM制氢规模化应用的最大因素。但在2023年,我国电解水制氢的项目也走向了万吨级的产能。同步在下游运营方面,目前出台的政策主要是倾向于车端和道路交通领域,随着风光电耦合,固定式发电也会有较大的潜力。

   

针对以上的挑战,我们分两个维度进行我们的驱动:1、政策驱动。首先是《能源法》也赋予了氢气能源属性,各地也陆续出台了相关的氢能政策,基础设施建设也在大力进行。利用维度就是行业内驱,我们东岳未来是面向整个客户端的需求,高性能、高耐久、低成本的需求,然后我们在材料端也进行不断的高性能、长寿命、规模化、均匀性、差异化的产品研发、生产。

   

第二部分是我们的核心关键材料自主攻关。可能攻关的材料对于氢能来说就是两大方面:1、氢能燃料电池膜。2、电解水制氢膜。首先是氢燃料电池膜,我们东岳氢能是围绕着不同的应用场景,不同的性能要求,以及不同的寿命要求设计开发了不同厚度、不同材料体系、不同结构的质子交换膜,本次主要介绍四款质子交换膜,首先是面向长途重载领域的厚度10微米的DM2276质子膜,该质子膜是和我们上一代产品DM2256质子膜,该质子膜是和我们上一代的产品DM2256质子膜,其力学特性有明显的提升。同时在极化的角度来看,在相同电密下,10微米的质子膜还是有比较大的提升。同步在加速、耐久方面,对于化学耐久,大概OCV能在1000小时以上,混合耐久能在6万次循环以上,基本上满足应用需求。在客户端的评测是评测一个低湿、一个高湿的性能,与竞品8微米的膜性能是一样的,基本上满足客户的工况要求。

   

第二个质子膜是平衡性能和寿命开发的12微米的DM2266质子膜,其质子膜和10微米的相比,其整个特性基本上能保持相当。同时在整个的发展性能上来看也基本上类似,透氢电流密度,因为也厚一点,所以它的整个透氢电流密度也会低一点。在加速耐久层面,化学耐久大概能到1100小时以上,混合耐久COCV循环能在62400循环以上。在客户端的评价,比较了我们最早的DMR100的质子膜和10微米、12微米的质子膜性能,整体来说是12微米的质子膜更偏向于10微米质子膜的性能,基本上可以满足他们的要求,他们也在做迭代提升。


第三个是面向固定式发电,我们设计了18微米的DM2136质子膜的超长化学耐久目的,与基准18微米的对比,我们的电导率有明显的优势。在整个发电性能上来看也略有提升,而且在透氢电流密度层次也基本上是相当。因为我们重点是围绕着化学耐久性的,重点测试了它的化学耐久性,整个化学耐久性和基准的18微米的质子膜基本上是相当的,大家都在1900小时左右就会失效。在客户端的评测对标了他们之前用的基准质子膜,在温度和湿度范围内,东岳的质子膜性能基本上优于客户现在用的质子膜的性能。

   

第四款燃料电池质子膜是保证寿命情况下再进一步提升性能,做15微米的,结合了消氢催化剂来开发,开发了DM2256 15微米的质子交换膜,它与基准的15微米交换膜来看,它的力学性能、电导率基本上都有明显的优势。首先对于它最重要的氢气渗透层面,基准的15微米和DM2257的质子交换膜,比如不加消氢催化剂的膜来看,它基本上没有明显的氢气峰出现,比较具有良好的抑制氢气透过的能力。在极化性能方面也优于基准15微米的质子膜,提升大概也有10%。

   

另一个领域就是电解水制氢,我们也同样围绕着不同应用场景,不同性能要求,围绕高效率、低渗氢的目标开发了不同厚度的均质质子膜和复合增强的质子膜,特别是也利用了消氢催化剂开发了两款不同厚度的复合增强质子膜。本次主要介绍三款复合增强质子膜 :首先是通用型复合增强质子膜,这个质子膜是未加消氢催化剂的,它比较于质子膜来看,它的力学性能、电导率都比较有明显的提升,在槽电压来说也具有更低的槽电压。同时我们也在自测1.5A平方厘米下长时间运行大概有近5000个小时,性能没有明显的衰减。我们为了进一步抑制它的氢气渗透,我们也开发了低成本的低氢氧交叉的质子交换膜--DM6526,厚度为80微米,其比较于6525,电导率,因为有催化剂的存在,所以它的电导率可能会略微有一些下降,但是其他的特性基本上保持相当。从极化性能来看也和DM6525相当,但是有比较好的抑制氢气渗透作用。同步我们为了追求更好的性能,开发了不同材料体系的DM6725,厚度50微米的质子交换膜,其比较于80微米的交换膜,电导率、力学强度都有明显的提升,在极化性能方面也有更低的槽电压,也可以看到氧中氢的含量也会比80微米的更低。在客户端的评测,在3.5兆帕的背压下,氧中氢的含量基本上是基于这个氨气的阀值。

   

在国产质子膜的应用方面,我们是依托于城市示范群,也积极地与下游客户在不同的应用场景进行相关的合作,同时也依托于“氢进万家”的项目,在东岳厂区布置了热电联供的整个系统,包括PEM电解水工业制氢系统,以及热电联供的整个系统。


我们的产业化方面的建设。简单介绍一下东岳氢能,成立于2017年,是目前全球唯一能够实现全氟质子膜产业链与产业化的企业。目前有两个厂区:1、北厂区。2、南厂区。北厂区主要负责氟精细化学品、含氟功能树脂的生产和研发,南区是质子膜的生产和研发中心。氢能公司是依托于东岳集团的整个产业优势,建成了最完整的质子膜全产业链布局。以上是对于我们精细化学品中间体、单体、树脂与质子膜的一些生产实践。同时对于整个质量控制,我们是通过过程控制、产品两个方面,对我们的产品质量进行整体的把控。我们的关键运行体系是通过IATF16949质量管理体系,也通过了CNAS认证的检测体系。

   

对于质子膜的整个产线,因为共两期,今年上半年完成了第二期,也就是说总共150万平米每年的产能已经完成了。我们也积极与上海企业进行深度的合作,我们整个东岳未来氢能公司定位还是专注于全氟质子膜和相关含氟化合物的研发与生产,服务于上海的一些企业。

   

我们的展台是在C馆C03-35,欢迎各位领导和专家莅临指导,谢谢!



▲氢听剧场现场▲




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