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全氟磺酸质子膜生产动态

发布时间:

2023-11-23 13:54

如果锂电池是解决民用汽车的新能源化,那么氢燃料电池就是解决商用汽车及大型电气化设施的新能源化问题。氢能是一种优质的二次能源,具备清洁零碳、可再生的优势,在应用环节中,可以替代汽油、柴油、天然气、煤油等传统化石能源,可以实现工业、大型交通的新能源化,实现深度脱碳的目的。

所以,中国在大力发展氢能,根据IEA预测,2030年全球氢能需求约在1.8亿吨,而中国氢能产业规模已经超过3000万吨,占比全球最大,并且呈现高速增长的态势。中国氢能的应用,主要应用在工业化工生产、炼油、钢铁制造、氢燃料电池等领域。目前各个国家正在积极推广氢燃料电池汽车,氢燃料汽车在商用车领域逐渐渗透,未来也将在航空、船舶领域也有望进行替代。

氢燃料电池的核心关键材料为质子交换膜材料,决定了氢燃料电池的质量稳定性。质子交换膜在单电池中起到两大作用:一是作为电解质,传导质子;二是分隔反应两极,阻隔气体和电子。质子交换膜性能直接影响电池性能与寿命,性能好的质子交换膜需满足质子传导率高、气体渗透率低、稳定性好等要求。

目前可用于燃料电池的质子交换膜主要包括:全氟磺酸膜、非全氟化膜、无氟质子交换膜、复合膜等。全氟磺酸膜具有机械强度高、化学稳定性好、工艺完善,应用最为广泛,是目前主流的燃料电池隔膜材料。

根据调查,全氟磺酸质子交换膜是由全服磺酸树脂制作而成,可以应用在燃料电池隔膜,电解水资质子交换膜及其他的领域中,在燃料电池领域中的应用占比最大。其原料为聚四氟乙烯和全氟乙烯基醚单体聚合而成,是氟化工产业链中的精细化率最高的产品之一。

图1全氟磺酸树脂产业链流图

根据调查,燃料电池产业整体发展较晚,所以参与质子交换膜生产的企业不多。在全球范围内,美国戈尔、杜邦、陶氏、日本旭化成、美国科慕、比利时索尔维是最具典型代表的生产企业,其中美国戈尔凭借着领先的增强型膜技术,多年占据全球燃料电池用质子交换膜超八成市场份额,杜邦、陶氏、日本旭化成等企业也有少量市场份额。

而对于中国市场来说,中国全氟磺酸质子交换膜的发展从2020年开始起步,第一家生产企业为东岳化工,2020年投产了50万平方米的全氟磺酸质子膜、全氟磺酸树脂的生产线。东岳化工的全氟磺酸质子交换膜可以应用在水电解制氢膜、液流电池膜、氢燃料电池膜等领域,是中国最具代表性的生产企业。

其次是苏州科润新材料有限公司,2021年投产了100万平方米燃料电池及电解水制氢用质子交换膜,在传统质子交换膜基础上加入了ePTFE微孔增强材料,导致其全氟磺酸质子交换膜质量进一步升级。

另外,还有武汉理工新能源公司、深圳市通用氢能科技有限公司、汉丞新材料科技公司、武汉绿动氢能能源技术有限公司等。根据不完全统计,截至2023年中旬,中国全氟磺酸质子交换膜总计生产能力已达到240万平方米左右,已跃居全球最大的生产国家。

表1中国全氟磺酸质子交换膜主要生产企业统计

另外,由于中国对氢燃料电池产业的快速发展,对于全氟磺酸质子交换膜的消费需求驱动,带来的仍有较大规模的拟在建项目即将要投产。其中深圳市通用氢能科技有限公司计划新增50万平方米质子交换膜产线,东岳化工计划继续扩能全氟磺酸树脂及全氟磺酸质子交换膜生产规模,有望继续保持领先的位置。

2022年3月,国家发改委、国家能源局联合推出了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,其中提出了重点推进氢燃料电池中重型车辆应用、逐步建立燃料电池电动汽车与锂电池纯电动汽车的互补发展模式、促进氢燃料电池汽车行业发展。2023年8月,六部委印发《氢能产业标准体系建设指南(2023版)》,有望解决氢能产业标准缺乏的长期痛点,推动产业链各环节打通。

全国各地纷纷出台氢能发展规划目标,山东省、江苏省、浙江省、河北省、湖北省等,均有明确的氢能发展政策目标。根据从已公布的规划目标来看,预计到2025年,我国将累计至少建成加氢站762座,燃料电池车保有量8.8万辆,氢能产业规模接近7000亿元。至2035年,我国氢燃料电池车保有量将会增长至100万辆,至2050年,我国氢燃料电池车保有量将会增长至3000万辆左右。

在巨大的消费潜力驱动下,中国氢燃料电池必将出现快速增长,其中对于质子膜的需求也将呈现快速的趋势。根据不完全评估,中国氢燃料电池产业的快速发展将会造成我国全氟磺酸质子膜供应始终处于不足的状态,全氟磺酸质子膜市场关注度将会继续保持较高的景气度,其中也包括全氟磺酸树脂及其相关产业链的产品。

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