東岳集團唐軍柯：燃料電池DF260膜技術成熟并啟動量產
圖為山東東岳集團研究院副院長、博士唐軍柯作主題演講
11月16—17日，“2017’第二屆動力電池應用國際峰會暨第三屆中國電池行業智能制造研討會”在北京舉辦。本屆峰會由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯合主辦；中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會承辦，無錫先導智能裝備股份有限公司聯合承辦。參加此次峰會人數超600人。
燃料電池汽車市場分論壇于17日上午舉辦，該論壇以“現狀與未來：縱論車用燃料電池”為主題，由同濟大學汽車學院副教授馬天才主持。山東東岳集團研究院副院長、博士唐軍柯作主題的演講，實錄如下：
唐軍柯：非常感謝組委會邀請我做這個報告。題目是“國產燃料電池膜的介紹”，主要是東岳集團在質子交換膜方面現在取得的一些結果。
簡單介紹一下，我們公司87年成立，現在是香港的上市公司。我們工業集團在全球材料方面是領域最全的。我們在基礎的礦產，螢石、工業鹽，中間的各種單體，到樹脂、膜的材料，我們在未來把控最終成本能力上非常強。同時包括剛才武漢理工郭博士也講到了膜電極里面氧的傳輸問題，講了3M公司的樹脂，我們也做的一些其他特殊用得含氟的單體，在輔助氧的傳導系數方面有非常好的效果，這種單體也是我們自己能夠控制的。在燃料電池行業，我們未來能給產業提供高質量的、低成本的膜。
這是我們集團在氟材料領域的一個地位。在制冷劑方面，我們應該是全球最大的制冷劑生產商，同時在聚四氟乙烯領域，我們占全球1/4。
膜在燃料電池里非常重要。一個是質子傳導，另外阻隔兩極反應的氣體，同時還有絕緣電子、承載催化劑、水的管理，要維持合適的水含量。另外一個問題，在完成這些要求之后還要在成本上、耐久性上符合用戶的需求。
這是我們對一個膜在電堆里面失效各種因素的分析，包括結冰、化學穩定性、機械的應力、在壓邊時候、密封時候的應力問題，包括氧的傳輸、氫的傳輸，包括氫氣要穿過膜等。剛才有專家也講到，這個氫也要循環，氫氣如果傳輸的太大，氫的組分慢慢分壓會下降。針對這些我們做了不少工作。當前用在燃料電池方面的質子交換膜的電池只有全氟材料，最主要是因為全氟材料的化學穩定性非常好。
這是我們能夠找到的歷史上有過的磺酸樹脂，全氟磺酸單體與四氟乙烯共聚物，具有穩定的化學及熱力學性能。第二個是3M公司的，第三個是日本公司開發的一個短鏈樹脂，最后一個是剛才講的陶瓷化學的開發。
這是美國DOE對膜的要求，主要問題在下面，耐久性的問題、成本的問題。
這是Gore公司膜的情況，他在各種移動式的電源方面、動力電池方面都有相應的系列，我們在大功率燃料電池方面還可以，在其他品種方面我們還沒有這么多。
3M公司開發的一個策略上有兩個氫離子可交換的聚團，這個角度上超低EW用的樹脂或者膜，剛才講到是在電極上用，這種是在膜上用，電極上用如果考慮到氧的傳輸方面是一些環狀的全氟的單體，含氧量高的全氟單體，在氧的溶解方面比較好。
東岳集團是2003年開始磺酸樹脂，當時863領域有一個緊急啟動的項目，主要是面向氯堿離子膜，我們國家的燒堿現在達到4千萬噸，但是在當時那個時間或者說在10年前大概在3600萬噸到3800萬噸左右的產能，用的膜全部是日本和杜邦，這樣對我們基礎產業造成很大的威脅，所以，當時我們和上海交通大學一塊做全磺酸樹脂，這個膜的關鍵材料。2008年，我們用這個膜的材料，實際上我們當時和奔馳、福特公司他們在溫哥華組成了一個合資企業，進行燃料電池膜的開發，到2013年的時候我們膜開發的進展不錯，所以,當時他們這樣一個車也到我們公司進行展示。2013年，我們和他們也簽署了一個戰略合作協議，到2015年，戰略合作協議的第一期結束，因為我們進展也不錯，他們給我們也發了一個第二關考評的獎，這樣簽署了第二期的戰略合作協議。之后我們膜性能和壽命上完全達到了奔馳公司的需求，他給我們發了第三關的獎，同時也考慮下一步怎么進行工業化的應用。
我們這個材料從實驗技術到批量技術，現在來看批量技術應該沒有問題了，或者往商業化、工程化發展，這里面涉及到很多東西，這是我們進一步投入利用在進行能力提高的一些東西。
當前東岳集團在膜的關鍵材料上面、在成膜的控制方面、在裝備的開發或者在線的監控方面，以及我們面向汽車領域的質量方面，都做了非常多的工作，也形成了一些專有的技術，我們按照要求是按照這樣一個流程來走的。
這是我們東岳現在定型的DF260型膜電池里邊的性能，這里邊可以看到，我們這個紅色的是奔馳公司他們的基礎膜，他們的基線，基本上我們在DF260型的膜在性能上是一樣的。這是他DF260型膜的濕度敏感性，低濕度的敏感性，紫色先是我們DF260型的膜，和他這個膜差一點，基本上可以達到用的水平。這個是透氣率，氫氣的穿透性比這個膜還要低很多。
這是耐久性的數據。從這里邊可以看到，他們的要求是這樣的，OCV循環要大于600小時，干濕循環，應對機械應力要大于2萬個循環，COCV循環把化學應力和機械應力都加在一起要大于120循環，從我們現在數據上來說，實際上很多已經超過他們這個水平。
剛才也講到，這個實際上是我們膜在他們電堆里面，在模擬乘用車工況下運行了6千小時，拿出來之后膜的情況。實際上這個膜無論在厚度還是其他方面，沒有受到任何損害。為什么只做到6千小時，因為這一代電堆要求6千小時就可以了，再往下做投入的資源就非常多了，到這個地方就停了，我相信這樣的情況至少這個膜維持一段時間是沒有問題的。
剛才說過，我們這個膜在壽命上、耐久性上的進展非常快，2014年，僅1千小時，2016年達到6千小時這樣的要求，這就意味著，2016年我們這個膜在技術上已經完全成熟，我們和DFCC（音）交流，他們研發也自己講，當前他們所遇到的這個膜能夠達到6千小時壽命的只有東岳公司和美國的Gore公司兩家，其他的大概都達不到這個要求。
這是我們DF260膜的表，我們的膜是15微米的情況，膜量在350兆帕，電輸出性上到560毫伏，耐久性大約6千小時。
實際上2013年已經建成膜的標準的實驗線，還不能叫生產線，因為這里面還有很多產業化的技術在這上面研究，當前我們已經形成了膜小批量的生產，現在我們根據市場的需求，大概做到幾千平米的銷售。
同時我們也在做質量管理體系建設，這實際上是第二方的審核結果，當然還有7個黃色的項，我們已經根據這個要求整改了。這是今年年初審核的結果，下面只有他們再進行一次審核才能看黃色線是否已經消除。
我們的DF260膜，比如豐田，相當于他們這一代在這個車上推出來電堆所用的膜，他的工作峰值電流一般在1.5安到2安，工作的溫度大概是80到90度峰值的溫度，當然可能這個膜還需要加濕，因為豐田不需要加濕。
這個膜我們現在已經實現批量生產，同時向市場推出這樣一個產品。我們也正在開發下一代膜。當然第一代膜我們是用傳統的常見樹脂，第二代膜我們將會在下面的樹脂里面，主要是短鏈和側鏈調控的新型樹脂開發。我們對下一代膜的想法，一個是我們的EW可以進一步降低，因為決定了這個膜輸出的性能，還有對水保持的這種能力。我們這個膜的厚度在15微米，現在寫的是10%的下降，實際上從我們現在做的結果，包括我們和客戶交流上，他們希望降到10微米。傳導性能會進一步提升，同時我們要求耐久性上由現在6千小時做到將近9千個小時，成本還要進一步下降。
這個是把剛才那個變成一個表格，就是我們EW要進一步下降，透氫的結果要進一步降低。這是我們下一代的膜在第六代電堆，剛才講的DF260膜適用于第五代電堆的情況。這是在第六代測試的情況。第五代電堆的工作峰值1.5到2安左右，他們下一代希望到2.5安或者3安的樣子，從現在的結果看，相當于和拿到的比較好一點的膜基本上是一樣的。
當前，這個膜也正在進行化學穩定性的測試，這個是測到了450個小時，現在還正在測的，應該還沒有出問題，中間出了一點小狀況，在這個地方測試臺突然停電了，再開了之后又繼續往下走，是這樣一個情況。所以，我們下一代的膜至少在化學穩定性上問題不大，因為我們有專有的技術。
我們DF260型的膜技術上已經成熟，產品已經定型，并且進行了量產，同時我們已經制定了下一步批量化生產的計劃，預計到2023年左右能夠達到幾百萬平米這樣一個產能。這個性能也非常不錯，在90度時，1.8安能在635個毫伏輸出電壓，耐久性超過了6千小時，能夠滿足燃料電池需求。由于東岳集團在氟材料領域全產業鏈的優勢，相信我們能夠為我國燃料電池產業或者燃料電池車產業提供強有力的支撐。謝謝大家！
（根據發言整理，已經本人審閱）
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