前不久，新宙邦一則非公開發(fā)行預(yù)案修訂版公告引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，新宙邦在公告中提示，年產(chǎn)1.5萬(wàn)噸的海德福高性能氟材料項(xiàng)目中包含全氟磺酸樹脂。
而全氟磺酸樹脂材料正是組成質(zhì)子交換膜燃料電池（簡(jiǎn)稱：PEMFC）最為核心的原材料之一。
事實(shí)上，自20世紀(jì)80年代初，加拿大巴拉德公司將全氟磺酸質(zhì)子交換膜用于PEMFC并獲得成功以來，全氟磺酸樹脂也成為當(dāng)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(lǐng)域，這也意味著作為質(zhì)子交換膜關(guān)鍵材料之一的全氟磺酸樹脂國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程在加快。
全氟磺酸樹脂制備重重難關(guān)
作為目前已知的最強(qiáng)固體超強(qiáng)酸，全氟磺酸樹脂（Nafion-H）具有耐熱性能好、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。
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(jìn)行擠塑成膜的，成單膜后還需加熱到軟化狀態(tài)下進(jìn)行復(fù)合和增強(qiáng)，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(yuǎn)遠(yuǎn)沒有想象中那么簡(jiǎn)單。
“磺酸單體的結(jié)構(gòu)相當(dāng)關(guān)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?！眹?guó)內(nèi)一家質(zhì)子交換膜生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴高工氫電，要制備質(zhì)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(duì)分子量的篩選和分布等都需要有比較深厚的經(jīng)驗(yàn)積累。
他還表示，全氟磺酸樹脂從實(shí)驗(yàn)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(shù)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(shí)力的大型氟化工企業(yè)才能做到。
“構(gòu)成全氟磺酸樹脂的四氟乙烯是高?；瘜W(xué)品，不能運(yùn)輸，只在生產(chǎn)這種氣體的廠房進(jìn)行制造?！蔽錆h理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐浩林教授認(rèn)為，基于以上特性，小企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)無法進(jìn)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(tái)和驗(yàn)證平臺(tái)。
“氟化工材料太特殊了，具有強(qiáng)腐蝕性和爆炸性等，這對(duì)企業(yè)生產(chǎn)和管理具有較高的要求?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)化學(xué)化工學(xué)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(tái)和聚合物的平臺(tái)，而且要有一定年頭才行。
更關(guān)鍵的是，這種基材做成質(zhì)子交換膜后還要和汽車公司結(jié)合起來得到試驗(yàn)的評(píng)價(jià)，沒有試驗(yàn)評(píng)價(jià)，膜電極企業(yè)也不敢用。
全氟磺酸樹脂的應(yīng)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(zhì)子交換膜，主要應(yīng)用在現(xiàn)代氯堿工業(yè)以及燃料電池領(lǐng)域。
目前，世界上能夠提供商業(yè)化全氟磺酸質(zhì)子交換膜的公司主要包括美國(guó)戈?duì)?、杜邦?M公司、比利時(shí)的索爾維公司，日本旭化成公司等。
在國(guó)內(nèi)，東岳集團(tuán)是全氟磺酸質(zhì)子交換膜行業(yè)的領(lǐng)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(tuán)和上海交通大學(xué)在國(guó)家“863”計(jì)劃和十一五科技支撐計(jì)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(yīng)，澆注成膜等一系列的核心技術(shù)，并成功研究出基于長(zhǎng)鏈和短鏈全氟磺酸樹脂的質(zhì)子交換膜。
為推動(dòng)質(zhì)子交換膜在燃料電池行業(yè)的商業(yè)化應(yīng)用，山東東岳集團(tuán)與2017年12月成立了山東東岳未來氫能材料有限公司（簡(jiǎn)稱“東岳氫能”），專注燃料電池質(zhì)子交換膜及相關(guān)含氟化學(xué)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(rùn)3323.3萬(wàn)元。
高工氫電了解到，東岳集團(tuán)展開質(zhì)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(yīng)用技術(shù)合作，公司形成了從原料、中間體、單體、聚合物、到成膜技術(shù)、功能化技術(shù)等全產(chǎn)業(yè)鏈條。東岳高性能質(zhì)子交換膜已通過奔馳6000小時(shí)測(cè)試。2018年，質(zhì)子交換膜產(chǎn)品商業(yè)化推廣取得實(shí)質(zhì)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(guān)系。
現(xiàn)階段，除了東岳氫能，國(guó)內(nèi)還有巨化集團(tuán)、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(yīng)的規(guī)模。
而現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)應(yīng)用于燃料電池行業(yè)的質(zhì)子交換膜極其核心材料全氟磺酸樹脂還是主要依賴進(jìn)口。
“但從技術(shù)指標(biāo)來看，國(guó)內(nèi)的全氟磺酸樹脂跟進(jìn)口相比差別并不大?！?武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(zhì)的穩(wěn)定性上。
另外一個(gè)影響國(guó)產(chǎn)全氟磺酸樹脂應(yīng)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(jī)的電堆有相當(dāng)一部分是來自外資品牌，這也導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)質(zhì)子交換膜的需求不足。
不過可喜的是，隨著國(guó)產(chǎn)電堆自主化水平的不斷提升，包括質(zhì)子交換膜在內(nèi)的很多關(guān)鍵材料也在加快實(shí)現(xiàn)國(guó)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(guó)內(nèi)自主技術(shù)燃料電池電堆廠家出貨量有了明顯的增長(zhǎng)，自主技術(shù)電堆功率出貨量占比58%（統(tǒng)計(jì)范圍包含以系統(tǒng)形式出貨電堆數(shù)量，直通率以80%計(jì)），較2018年增長(zhǎng)30.40%。
截止目前，東岳氫能已經(jīng)建成了一條5萬(wàn)㎡的質(zhì)子交換膜試驗(yàn)線，通過這條試驗(yàn)線積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，為批量化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。其投建的“150萬(wàn)平米燃料電池膜及配套項(xiàng)目”也在緊鑼密鼓的建設(shè)當(dāng)中，預(yù)計(jì)會(huì)在今年上半年投料試車。
