全氟磺酸质子交换膜制备简析：生产难度大，价格也不便宜

质子交换膜是氢燃料电池电堆的核心部件之一，起到传递质子、隔离两极反应物等重要作用。

燃料电池中质子交换膜工作原理，图源自：Polymers Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs): Advances and Challenges

戈尔GORE-SELECT® 质子交换膜

根据材料的成分不同，质子交换膜有不同分类，其中全氟磺酸质子膜是最主要的类型，其共聚单体全氟乙烯基醚磺酰氟（PSVE）的分子结构、四氟乙烯（TFE）与PSVE的比例决定了全氟磺酸树脂的聚合度，以及用于质子传递的侧链磺酸基团的数量，由最终影响质子交换膜的机械性能和离子交换能力。

图 质子交换膜分类

一、全氟磺酸树脂制备简介及挑战

全氟磺酸树脂具有耐热性好、化学稳定性优、机械强度高、热熔融加工性好等优点，是已知最强固体超强酸。在现代工业上，全氟磺酸树脂的主要用途是制造薄膜。

全氟磺酸树脂结构式

全氟磺酸树脂制备一般是以带有磺酰氟基的全氟乙烯基醚单体与四氟乙烯为原料进行共聚制得。从制备过程来看，困难主要来自四个环节：原材料PSVE单体的制备、四氟乙烯的获取、树脂的聚合和成膜。

● PSVE单体，即全氟磺酰基乙烯基醚，其制备反应条件十分严苛。为了规避技术纠纷，各厂家领先开发出不同结构的PSVE单体后纷纷申请专利，因此这一环节专利保护性较强。

● 四氟乙烯是制作全氟磺酸树脂的核心原材料，具有易爆炸特点，运输难度大，因此生产全氟磺酸膜的企业，一般需要具备四氟乙烯的自供能力。

● 树脂的聚合与成膜过程，存在着机械强度难以保证、产品平整度和厚度难以取舍的问题，使其满足工业化生产规模具备相当大的技术难度。

图源自：燃料电池质子交换膜概述，李婷等，《东方电气评论》2015年115期

二、质子交换膜成本简析

国融证券2022年研报显示，燃料电池系统包括电堆、空气压缩机和其它三个部分，分别占总成本的62%、16%和22%。占比最高的电堆部分又可分为催化剂、质子交换膜（电解质）、双极板、气体扩散层和其它5类。而催化剂、质子交换膜和双极板，正是导致燃料电池成本居高不下的关键因素。

其中，据中航证券2022年研报显示，20cm*20cm(0.04m2)规格的杜邦质子交换膜价格为899元。一般生产每辆氢燃料电池汽车至少需要20平米质子交换膜，约合22.5万元。

由此可见，质子交换膜成本是制约氢燃料电池应用发展的因素之一，也吸引了不少企业关注及布局。目前质子交换膜供应商主要有：戈尔、科慕、艾杰旭AGC、索尔维、武汉绿动氢能、东岳未来、汉丞科技、苏州科润新材、通用氢能等。

来源：综合整理

原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：全氟磺酸质子交换膜制备简析：生产难度大，价格也不便宜