质子交换膜能让燃料电池成本降一半？

作为氢燃料电池背后的核心部件，质子交换膜从上世纪60年代起就始终被美国杜邦公司垄断。

随着丰田Mirai、现代ix30燃料电池汽车的发布，美日欧各国加氢站布局铺开，氢燃料电池因其较高的比能量密度，优秀的能量转换效率以及真正清洁的能源特性而备受关注。

然而，作为氢燃料电池背后的核心部件，质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)从上世纪60年代起就始终被美国杜邦公司垄断。

因此，当听说电子科大教授何伟东及其团队在实验室中研发出的质子交换膜能够与杜邦公司的产品抗衡，且成本仅仅是后者的十分之一时，车云菌还是很兴奋的。

于是，车云菌找到何伟东，围绕其在燃料电池材料方面的技术突破，以及对中国燃料电池技术前景等问题进行了探讨。

 

电子科大教授 何伟东

一块怎样的“膜”?

对于普通用户来说，质子交换膜无疑是一个颇为冷门的词汇。但是，其对于燃料电池车的意义却不可小觑。

首先是成本。

据何伟东介绍，燃料电池的核心系统是电堆，其成本能占到整个燃料电池的60%左右，而电堆的成本构成中尤以铂系催化剂和质子交换膜为主。根据目前的市场现状，一平方厘米的nafion膜(杜邦公司质子交换膜型号)需要几元甚至近十元人民币，而每一辆车用燃料电池对质子交换膜的需求都是平方米级别的，这就意味着一个燃料电池电堆中，包含有几万甚至上十万的成本完全是归于质子交换膜的。

其次是效率。

这里的效率主要指质子交换膜的质子传导率，因为从工作原理上说，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此质子传导率数值与质子交换膜性能成正比。

 

何伟东团队研发的质子交换膜

根据何伟东的说法，其团队目前已经研制出了新的制浆工艺以及成膜工艺，其圆形模具出产的质子交换膜已经能达到数百平方厘米的量级。值得注意的是，何伟东称，其质子传导率是杜邦公司型号为Nafion 117质子交换膜的1.78倍，而成本在杜邦的质子交换膜的十分之一左右。据悉，他希望接下来能在提高材料孔率、孔形貌及厚度的可控性方面做一些突破。

 

何伟东团队自行开发的电泳平台

一块“膜”的意义

当然，质子交换膜的意义还不仅仅关乎于燃料电池车本身或单纯一块燃料电池的成本和质量。众所周知：

一方面，氢能作为高能量密度的优质能量载体，以及相对于锂电池技术天生的清洁特质，使得面临严峻环境问题的中国没有理由拒绝;

另一方面，燃料电池较高的技术壁垒让国内的燃料电池产业一直难以突破，并且关系制氢、储运的各个环节都有一系列的技术问题需要解决。

因此，质子交换膜这一环一旦打通，看似可以解决燃料电池车这一单点问题，实则可打通整条燃料电池产业链。

不仅如此，何伟东还表示，作为一个可扩展性比较好的基础材料，质子交换膜的研究意义不一定就只是面对兴能源汽车的推广。

不过，何伟东目前的质子交换膜研究成果还停留在实验室阶段，他也正寻找着产业化的机会。此前，何伟东研发的光触媒产品已经开始着手量产。