作為車用燃料電池核心材料，質(zhì)子交換膜技術(shù)門檻極高。全球燃料電池汽車發(fā)展多年以來，國內(nèi)外很多企業(yè)投入過質(zhì)子交換膜的研發(fā)生產(chǎn)，但大多因為各種各樣的原因或停滯或放棄該業(yè)務(wù)，能夠長期堅持下來的寥寥無幾。如今全球發(fā)展燃料電池汽車愿景日漸清晰，質(zhì)子交換膜市場前景逐漸明朗，企業(yè)該如何把握這新一輪的發(fā)展機遇？
戈爾成立于1958年，是一家以材料科技為本的全球性公司，從發(fā)明GORE-TEX®面料推動戶外服飾行業(yè)革新，到創(chuàng)造醫(yī)療器械改善生活、拯救生命，以及在航空航天、醫(yī)藥和移動電子等行業(yè)中實現(xiàn)更出色的產(chǎn)品性能等。公司總部位于美國特拉華州紐瓦克市，在全球擁有約9500名員工，年收入逾35億美元。
在車用燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)域，戈爾創(chuàng)造性地發(fā)明ePTFE(膨體聚四氟乙烯)的專有增強膜技術(shù)，所以核心產(chǎn)品GORE-SELECT®PEM具有超薄、耐用、高功率密度的特性，與全球領(lǐng)先的新能源汽車制造商和燃料電池公司有著廣泛而深入的合作。豐田MIRAI、現(xiàn)代NEXO和本田CLARITY等都采用戈爾產(chǎn)品，被認為是滿足汽車應(yīng)用挑戰(zhàn)的行業(yè)標準。
從技術(shù)和工藝來看，戈爾之所以能夠引領(lǐng)全球車用質(zhì)子交換膜的發(fā)展，主要源于四點：1、質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)是通過酸性的有電阻功能的氟磺酸離聚體樹脂，戈爾在近三十年的研發(fā)過程中，篩選和評測眾多不同特性離聚體，找到最佳方案，適應(yīng)不同工況條件的需求；
2、作為ePTFE膜的發(fā)明者和領(lǐng)導(dǎo)者，戈爾可以自如地對膜微觀機構(gòu)進行工程設(shè)計，獨特的ePTFE膜微觀結(jié)構(gòu)幫助實現(xiàn)氟磺酸離聚體的最佳性能；
3、耐久性是車用質(zhì)子交換膜的一大技術(shù)瓶頸，而戈爾膜技術(shù)打破了傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜質(zhì)子傳導(dǎo)性和耐久性的矛盾。其通過特殊的膜結(jié)構(gòu)選擇來達到很高的機械強度，降低溶脹，同時優(yōu)選的助劑配方實現(xiàn)極強的化學(xué)耐久性，使質(zhì)子交換膜持久地保持高性能；
4、規(guī)?；a(chǎn)、批量穩(wěn)定性和質(zhì)量均一性是車用質(zhì)子交換膜的關(guān)鍵。戈爾自主研發(fā)的生產(chǎn)流程和工藝，特別是百萬平米級別的連續(xù)生產(chǎn)線是質(zhì)子交換膜技術(shù)走出實驗室，成為其產(chǎn)品走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的保證。
從產(chǎn)品來看，戈爾增強型質(zhì)子交換膜每年出貨量達幾十萬平米，且逐年遞增中。目前公司出貨量較多的是18μm、15μm的質(zhì)子交換膜。在超薄膜應(yīng)用提速的形勢下，戈爾8μm超薄膜也得到客戶的好評。雖然超薄膜技術(shù)已經(jīng)遠遠領(lǐng)先于同行，但戈爾實驗室里已經(jīng)儲備了5μm乃至更薄膜的技術(shù)能力，正等待合適的產(chǎn)業(yè)化時機。
高工氫電了解到，目前下游客戶對超薄膜很感興趣，主要原因在于超薄增強膜大大降低質(zhì)子傳導(dǎo)阻力， 降低歐姆極化，提高電堆功率密度。同時超薄的設(shè)計更加有利于水氣的傳導(dǎo)，特別是在低濕條件下，提升整個電堆的運行性能。超薄膜還意味著原料更節(jié)省，系統(tǒng)設(shè)計更加靈活，開發(fā)者可以開發(fā)更簡單更低成本的系統(tǒng)?！?
超薄膜要實現(xiàn)更好的性能，技術(shù)難度比尋常膜大得多。而戈爾GORE-SELECT®PEM 是基于ePTFE (膨體聚四氟乙烯)增強的超薄高耐久離子交換膜技術(shù)。該技術(shù)的亮點是通過超薄(可低于10微米)增強設(shè)計(獨特的ePTFE 微觀結(jié)構(gòu))和特殊的原材料(氟磺酸離聚體以及助劑配方)，提高燃料電池質(zhì)子傳導(dǎo)性能，提升功率密度，增強機械和化學(xué)耐久性，延長整個系統(tǒng)在車輛使用環(huán)境下的壽命。
經(jīng)過實際驗證，戈爾8μm膜的化學(xué)耐久性和壽命比肩18μm膜。其在保證膜質(zhì)子傳導(dǎo)性能的情況下極大地降低了膜溶脹失效，化學(xué)降解失效，特別是在高溫低濕的環(huán)境下。同時戈爾通過膜的特殊微觀機構(gòu)，有效降低滲氫率，同時不影響質(zhì)子通過效率，這大大提高了系統(tǒng)的燃料效率。
從產(chǎn)線建設(shè)來看，戈爾打造了全球首條符合汽車行業(yè)標準的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)線，位于日本岡山市，設(shè)計產(chǎn)能達數(shù)百萬平米/年，采用最新一代工藝設(shè)計，滿足整車企業(yè)嚴苛的質(zhì)量要求，能夠顯著降低生產(chǎn)不可控因素及人力成本。
從下游應(yīng)用來看，20多年來，戈爾的薄膜在領(lǐng)先的整車廠以及全球數(shù)以萬計的車輛(包括乘用車、商用車、叉車等)、無人機、便攜式和固定式發(fā)電、儲能等應(yīng)用中已經(jīng)得到廣泛驗證。
車用燃料電池質(zhì)子交換膜方面，目前全球領(lǐng)先的燃料電池汽車制造商均選用戈爾膜作為唯一供應(yīng)商應(yīng)用到其量產(chǎn)車型上，比如豐田MIRAI、本田CLARIFY、現(xiàn)代NEXO、上汽FCV系列等。同時，戈爾和國內(nèi)其他眾多整車企業(yè)、系統(tǒng)制造商也在進行大量合作。
