| 根据研究与顾问机构TrendBank数据统计，预计到2025年，国内市场质子交换膜的容量将达到180万㎡，市场规模将达到1000亿元人民币。 | 能链·势银旗下媒体平台 | 撰文：Tiwe 编辑：Aibi 来源：能链 质子交换膜，英文名Proton Exchange Membrane，缩写为PEM，也叫质子膜或者离子交换膜，是一种离子选择性透过的分离功能薄膜。 根据研究与顾问机构TrendBank数据统计，预计到2025年，国内市场质子交换膜的容量将达到180万㎡，市场规模将达到1000亿元人民币。
目前，国内主要是山东东岳集团的质子交换膜技术最成熟，东岳同时也是唯一一家通过AFCC技术鉴定的中国企业。且是继戈尔、科慕两家外国企业之后市场占比最大的中国企业。 ▲东岳集团全氟磺酸质子交换膜
2004年，东岳集团联合上海交通大学研发出质子交换膜，经日本丰田公司和德国Fuma.Tch公司分别检测，东岳公司生产的质子交换膜性能出色不逊于同类产品。
2016年，东岳膜DF260就已经应用于奔驰、福特公司第一批量产燃料电池汽车，之后更是成功开发了三种新样品并且已经进入批量化试产阶段。
2014年，东岳集团的质子交换膜仅800小时寿命；2015年，寿命达到2000小时；2016年，成功突破6000小时。 ▲图片来源：TrendBank
目前，东岳DF260膜厚度做到15um，在OCV情况下，耐久性大于600小时；膜运行时间达到6000小时；在干湿循环和机械稳定性方面，循环次数都超过2万次。 东岳DF260膜技术已经成熟并已定型量产，二代规划产能20万平米，且东岳集团已建成年产50吨燃料电池离子膜所需要的全氟磺酸树脂生产装置，可满足2.5万辆电动汽车的离子膜所需。
即便东岳在国内企业中一枝独秀，但是和国外先进企业相比还有一定的差距。 根据美国能源部（DOE）的数据，目前市场上最优的质子交换膜性能在某些方面已经达到或超过DOE2020年的目标，机械耐久性达到了23000次，化学耐久性达到742小时，成本17美元/平米。
▲图片来源：TrendBank
目前，世界上最广泛被应用的质子交换膜依旧是戈尔的select膜。国内新源动力和东方电气近来推出的燃料电池电堆都采用了国外戈尔公司的GORE-SELECT®质子交换膜。 注：戈尔是全球领先的质子交换膜燃料电池技术供应商。GORE-SELECT®质子交换膜成为满足汽车严苛应用的标准，这款质子交换膜已应用于其他的商业燃料电池汽车，如丰田的MIRAI和本田的CLARITY FUEL CELL。 ▲图片来源：TrendBank
杜邦是全球最早开发并销售质子交换膜的企业，其Nafion膜也是全球使用最广泛的，但它并未推出新产品在车载燃料电池中的使用，戈尔利用其增强型质子膜的优异性能很快占领并席卷全球市场85%左右。
目前来说戈尔是一家具有超过25年的增强型质子膜的开发和制造经验的公司，独特的ePTFE材料技术的超薄耐久GORE-SELECT质子交换膜几乎涵盖全球90%主机厂，每年几十万平米出货量并保持高速增长的态势。 ▲图片来源：TrendBank 但是杜邦也并未眼睁睁看着车载质子膜的市场从自己手中溜走，2015年7月，杜邦进行拆分，拆分出来的科慕化学成为一家独立运营的上市公司。 科慕在钛白科技、氟产品和特殊化学品等三个业务领域是全球领导者，并最早是Nafion膜的开发企业，目前致力于车载质子膜的开发，新品NC700已经发布。
质子交换膜作为燃料电池最重要的组成部分，必须具备以下六种基本性能：质子导电率、稳定性、透气性、吸水性、水电渗透性以及力学强度。
▲图片来源：TrendBank 目前，全氟磺酸质子交换膜的成型工艺主要有：挤出成型、溶液成型和复合成型。 挤出成型工艺可分为熔融挤出成型和凝胶挤出成型，熔融挤出成型又分为熔融挤出流延成型和熔融挤出压延成型。 质子交换膜的难点在于工艺周期长、工艺复杂、成膜的成本高。
另外，全氟物质的合成和磺化都非常困难，而且在成膜过程中的水解、磺化容易使聚合物变性、降解，使得成膜困难，导致成本较高。 据资料显示，美国科慕Nafion质子交换膜价格为120美元/kW，例如一台燃料电池车电池堆栈为100KW，那么仅质子交换膜成本就高达1.2万美元。这单价甚至比80美元/KWh三元锂电池的原材料成本更高一些。 ▲数据来源：TrendBank 目前电堆成本中，质子交换膜依然是占了大头，而从质子交换膜成本结构可以看出，其材料成本相对很低，重点在技术工艺成本，占比超过80%，这使得质子交换膜未来降本的空间巨大。 因此，如果能实现量产化，通过大规模的生产来进行降本是可以实现的。 |
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