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东岳澳门葡京娱乐开户张永明谈全氟质子膜:发展空间还很大!
更新时间:2019-01-14 13:56:16 来源:
1月11-13日,中国电动汽车百人会论坛(2019)在北京钓鱼台国宾馆召开,山东东岳化工澳门葡京娱乐开户公司研究院首席科学家张永明发表了主题演讲,演讲内容如下:
尊敬的衣院士,尊敬的欧阳院士,各位嘉宾,上午好!前面各位专家已经介绍了很多,我聚焦在膜上面,如果说医生我也只能算“专科医生”了。

这是今天我要介绍的内容:

第一,全氟质子膜在燃料电池中的角色。铅酸电池也是有膜的,这里面是硫酸液体膜在起作用,锂电池也是有隔膜的,PE、PP的这种双向拉伸的膜,里面浸了电解液以后也成为传导离子的膜,所以所有的电池都需要中间的膜,燃料电池更加需要这个膜。现在我们用的氢燃料电池是以膜来命名的,质子膜燃料电池,体现出这个膜在燃料电池里面起的作用很重要。

现在很多做膜研究的,尤其学术界做了很多很多膜,到底哪种膜适合在氢燃料电池里用呢?经过多年的实践,只有全氟的质子膜才可以用,刚才王海江教授也讲了这个问题。为什么呢?主要我们这个膜是由膜材料,经过一种加工手段做出来的膜,这个膜材料是一个高分子材料,我们现在这个膜材料高分子骨架是一个全氟的骨架,这个骨架是非常非常稳定的。大家看体育场的顶棚在外边晒,晒几十年也不变化,就是这种材料,特别稳定,特别适合在恶劣的电化学环境里边来使用。

图为东岳官网展示的全氟磺酸质子交换膜

这是因为碳氟类的键能很大,所以它是最稳定的,这是从化学角度上来说,只要看见你就能知道什么稳定、什么不稳定。

全氟的质子膜,它的性能是最佳的,但不是说没有缺陷。这个最佳,一个是电导率,同样情况下它是最好的,水的传递是最快的,因为在目前的情况下,没有水的电池是没有办法工作的。再有,隔绝电子,可以导质子但是不允许电子通过,再一个是寿命长,所以基于这几个方面,其他的材料可能有一种、两种、三种都不可能,具有四种优异的性能,所以最后选定的是这种,现在日常跑的车都是基于全氟的膜做的。

全氟的高分子材料是不是就一种呢?远远不是,有很多种。我们看看各种成膜的聚合物,这些都可以拿来用。前面都是一些氟交链的,就是一根一根线放在一起的,还有交链的、打结的,有各种各样的结构。各家用的情况也都不一样。这是它的分子结构,能够传导质子的就是这个小点和这个小点,含量非常少的,所以说含氟的成膜材料还有很大空间的发展,不是现在说到这儿发展结束了,远远不是

我们要采用链再短一点,在结构上这些传导质子的基团就会增加,中间还有那么多绿球呢,绿球是氟,都可以带上支链,所以这就是全氟质子膜发展方向,将来每升6千瓦、7千瓦、8千瓦都有可能。

我们看膜的时候外观是一个平平整整很光亮的膜,细一看表面是粗糙不一样的,我们主要是看里面的孔道,因为质子都要从一面传递到另一面,必须来弄清楚这个通道是什么样的情况、整个微观结构是什么情况,这是已经做出来的很多微观的,但这个微观还不够微观。

通道是整个质子膜的第一要素,它的大小、形状、数量、磺酸根的密度、分布都有影响,非常复杂。搞研究的人喜欢复杂的东西,可以表现出自己的才华,所以这是一个非常有乐趣的研究领域,有很多的文章在发表,也提出了各种不同的模型。各种模型提了很多,但是大家注意,这都是模型而不是实际得到的这样一个结果,也就是说,这个东西是根据实验结果猜的,不是直接得到的。就像这个黑箱,他说是这样的、他说是那样的,到底里边是什么有待于进一步弄清。弄清这个黑箱,对将来膜的发展是非常非常有意义的。

这是我们最近做的一些工作。我们通过前面这些结果可以直接观察到这个里边的微观结构,就是进到这个箱子里边了,这样我们就知道它的构成是什么、实际的结构是什么,都一清二楚。

因为我一直在学校,也在东岳澳门葡京娱乐开户,一个国家重点实验室负责这个事情,这个研究从基础研究,和后边的工业化放大有一个比较紧密的结合。(PPT)这是东岳公司的情况,现在能做膜有很多家,现在主要有十几家在做这个膜,但是要想形成完整的产业链是很少的,像这样一个产业链只有东岳做到了,一点也不夸张、一点也不吹牛的做到了。目前东岳有一个5万平方米的试验线,实验线上的产品应该不能作为完善的产品,接下来要做的是一个50万平方米的,这个是正儿八经的生产线,到生产线以后希望这个膜的性能和质量能够满足我们中国乃至国外燃料电池发展的这样一个需求。5万平方米这个生产线实际就是一个尝试的,在这上面积累了很多的经验,接下来在放大时候我们基于这个地方得到的信息得到这样一些技术来做更完善的系统。

这是有关的原料,一套装置原料,1千万平方米的膜,有很多原料,这是其中一种原料,完全足够了,所以大家尽可放心,原料是没有问题的。

这个膜现在有没有发展空间呢?实际上膜发展空间还是很大的,大家都知道想造4千瓦、5千瓦、6千瓦、7千瓦、8千瓦每升的电堆,膜在里边扮演着极其关键的作用,接下来的事情还有很多,空间也非常大,所以更高性能、更长寿命、更低成本的膜是我们努力的这样一个方向。

最后我想说,对于燃料电池车是不是终将取代内燃机汽车?我们是这样坚信的,2001年我们进入这样一个领域开始研究,就坚信将来会取代内燃机汽车。

奔驰公司宣布2025年要停产内燃机车,所以我们有了这种想法,实际情况也是丰田的车已经非常成功了,后面的车也即将推出。

本来这张片子我不想放,昨天来了以后放上去的,为什么呢?最近我们又看到网上,我们华为的一位员工又被波兰给抓了,竞争问题想说两句,我们中国人听到国外的先进技术都欢欣鼓舞、为之叫好,但是中国出现一些新的技术、新的公司受到国外百般的刁难。所以在我们膜的研究领域,我是希望大家能够和平相处,我们不追求暴利,但是我们也不去打价格战,打的大家什么也没有,对这个行业没有什么好处。

这是国外的公司,大家看现在真正做膜的公司中国就是东岳一家,剩下就是国外的这些家在做,可能在座的有国外的朋友,所以我们希望大家可以坐下来探讨探讨,也可以合作,我们可以成为伙伴,我们不要成为仇敌。

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