前不久，新宙邦一則非公開發(fā)行預案修訂版公告引起業(yè)內(nèi)人士的關注，新宙邦在公告中提示，年產(chǎn)1.5萬噸的海德福高性能氟材料項目中包含全氟磺酸樹脂。
而全氟磺酸樹脂材料正是組成質子交換膜燃料電池（簡稱：PEMFC）最為核心的原材料之一。
事實上，自20世紀80年代初，加拿大巴拉德公司將全氟磺酸質子交換膜用于PEMFC并獲得成功以來，全氟磺酸樹脂也成為當前PEMFC最主要也是唯一商業(yè)化的膜材料。
隨著氟化工企業(yè)切入燃料電池上游材料領域，這也意味著作為質子交換膜關鍵材料之一的全氟磺酸樹脂國產(chǎn)化進程在加快。
全氟磺酸樹脂制備重重難關
作為目前已知的最強固體超強酸，全氟磺酸樹脂（Nafion-H）具有耐熱性能好、化學穩(wěn)定性和機械強度高等特點。
研究資料顯示，全氟磺酸樹脂通常都是在加熱到熔融狀態(tài)后（一般溫度控制在160-230攝氏度之間）進行擠塑成膜的，成單膜后還需加熱到軟化狀態(tài)下進行復合和增強，所以作為全氟磺酸離子膜主要基體材料的全氟磺酸樹脂必須具有熱熔加工的性能。
然而，全氟磺酸樹脂的制備遠遠沒有想象中那么簡單。
“磺酸單體的結構相當關鍵，各家的產(chǎn)品都不一樣，并且磺酸單體一般沒有外售的，需要自己合成。”國內(nèi)一家質子交換膜生產(chǎn)企業(yè)技術負責人告訴高工氫電，要制備質子交換膜用的全氟磺酸樹脂，需要考慮很多因素，包括基醚單體的選擇，全氟提純工藝，在合成的過程中對分子量的篩選和分布等都需要有比較深厚的經(jīng)驗積累。
他還表示，全氟磺酸樹脂從實驗室合成并不難，但是要想批量的穩(wěn)定的生產(chǎn)出來，就需要有過硬的技術人員和持續(xù)的資金投入。
另一方面，量產(chǎn)全氟磺酸樹脂材料，只有具備實力的大型氟化工企業(yè)才能做到。
“構成全氟磺酸樹脂的四氟乙烯是高?；瘜W品，不能運輸，只在生產(chǎn)這種氣體的廠房進行制造?！蔽錆h理工大學材料復合新技術國家重點實驗室唐浩林教授認為，基于以上特性，小企業(yè)和研究機構無法進行批量制造生產(chǎn)。
除此之外，生產(chǎn)全氟磺酸樹脂還需要有工業(yè)化穩(wěn)定的生產(chǎn)平臺和驗證平臺。
“氟化工材料太特殊了，具有強腐蝕性和爆炸性等，這對企業(yè)生產(chǎn)和管理具有較高的要求?！鄙虾＝煌ù髮W化學化工學院張永明教授表示，要做好全氟磺酸樹脂需要工業(yè)化穩(wěn)定的生產(chǎn)平臺和聚合物的平臺，而且要有一定年頭才行。
更關鍵的是，這種基材做成質子交換膜后還要和汽車公司結合起來得到試驗的評價，沒有試驗評價，膜電極企業(yè)也不敢用。
全氟磺酸樹脂的應用現(xiàn)狀
全氟磺酸樹脂最早是由杜邦公司于70年代開發(fā)成功，并將其加工成全氟磺酸質子交換膜，主要應用在現(xiàn)代氯堿工業(yè)以及燃料電池領域。
目前，世界上能夠提供商業(yè)化全氟磺酸質子交換膜的公司主要包括美國戈爾、杜邦、3M公司、比利時的索爾維公司，日本旭化成公司等。
在國內(nèi)，東岳集團是全氟磺酸質子交換膜行業(yè)的領軍企業(yè)，并且具備批量生產(chǎn)全氟磺酸樹脂材料的能力。
據(jù)了解，山東東岳集團和上海交通大學在國家“863”計劃和十一五科技支撐計劃的支持下，密切合作，掌握了全氟磺酸樹脂原材料、中間體、單體制備，聚合反應，澆注成膜等一系列的核心技術，并成功研究出基于長鏈和短鏈全氟磺酸樹脂的質子交換膜。
為推動質子交換膜在燃料電池行業(yè)的商業(yè)化應用，山東東岳集團與2017年12月成立了山東東岳未來氫能材料有限公司（簡稱“東岳氫能”），專注燃料電池質子交換膜及相關含氟化學品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。公告顯示，公司2019年度總資產(chǎn)2.96億元，凈資產(chǎn)1.57億元，凈利潤3323.3萬元。
高工氫電了解到，東岳集團展開質子交換膜的研究已經(jīng)有16年。通過與奔馳福特開建緊密的應用技術合作，公司形成了從原料、中間體、單體、聚合物、到成膜技術、功能化技術等全產(chǎn)業(yè)鏈條。東岳高性能質子交換膜已通過奔馳6000小時測試。2018年，質子交換膜產(chǎn)品商業(yè)化推廣取得實質性突破，并與眾多下游龍頭企業(yè)建立起了產(chǎn)業(yè)合作關系。
現(xiàn)階段，除了東岳氫能，國內(nèi)還有巨化集團、上海三愛富等少數(shù)氟化工企業(yè)能生產(chǎn)商用的全氟磺酸樹脂，但尚未形成批量供應的規(guī)模。
而現(xiàn)階段國內(nèi)應用于燃料電池行業(yè)的質子交換膜極其核心材料全氟磺酸樹脂還是主要依賴進口。
“但從技術指標來看，國內(nèi)的全氟磺酸樹脂跟進口相比差別并不大。” 武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室唐浩林教授告訴高工氫電，差異主要體現(xiàn)在產(chǎn)品批次品質的穩(wěn)定性上。
另外一個影響國產(chǎn)全氟磺酸樹脂應用的重要因素在于，燃料電池汽車推廣的數(shù)量有限，并且裝機的電堆有相當一部分是來自外資品牌，這也導致國產(chǎn)質子交換膜的需求不足。
不過可喜的是，隨著國產(chǎn)電堆自主化水平的不斷提升，包括質子交換膜在內(nèi)的很多關鍵材料也在加快實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。
高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2019年國內(nèi)自主技術燃料電池電堆廠家出貨量有了明顯的增長，自主技術電堆功率出貨量占比58%（統(tǒng)計范圍包含以系統(tǒng)形式出貨電堆數(shù)量，直通率以80%計），較2018年增長30.40%。
截止目前，東岳氫能已經(jīng)建成了一條5萬㎡的質子交換膜試驗線，通過這條試驗線積累了很多的經(jīng)驗，為批量化生產(chǎn)打下基礎。其投建的“150萬平米燃料電池膜及配套項目”也在緊鑼密鼓的建設當中，預計會在今年上半年投料試車。
