CHEC2023|周明正：燃料电池国产关键材料部件产业化进展

近日，氢能产业高质量能源研讨会——第三届世纪氢能大会在首都北京顺利召开，大咖云集，共话氢能。

国氢科技关键材料事业部总经理周明正发表《氢能燃料电池国产化关键材料部件产业化进展》主题演讲。

我国30 60“碳达峰、碳中和”目标预示，到2030年时，非化石能源占比降到25%，新增清洁能源动力交通工具比例达到40%；到2060年时，风电装机容量是2020年的12倍，光伏装机容量达到70倍以上。

当前，我国化石能源在能源结构中占比依然过高，风、光间歇性能源消纳困难，存在弃风弃光现象，石油、天然气进口依存度过高。应对这三大能源问题，需要新型储能技术的开发与利用，化石能源的清洁利用，这都敦促着新型终端能源的产生——氢能。

氢能社会是具备完善的氢气制备系统、储存系统、输送系统和使用系统的可持续发展社会，以氢能和电能为载体借助燃料电池实现动力输出，服务于工业、交通、住宅等领域。

氢能社会具备完整的制、储、运、用氢体系，燃料电池是用氢体系的重要突破口。燃料电池电堆是燃料电池系统的核心组成部分，其中，膜电极更是在燃料电池电堆中占有重要地位。

组成膜电极的重要零部件有催化剂、质子交换膜、气体扩散层、碳纸。周明正向与会嘉宾介绍了国氢科技在燃料电池国产化关键材料部件的产业化进展。

催化剂方面，燃料电池催化剂要求具有较高的电化学活性和污染耐受性、高电化学面积、稳定性和耐久性、良好的导电性、适当的催化剂载体等。目前国内主流催化剂为铂碳催化剂。周明正表示，Pt资源以及稳定碳材是关键，需要开发新型高稳定、高活性的催化剂体系。目前催化剂技术难点是工程放大技术以及低铂无铂技术，在保证高反应活性和稳定性的情况下，如何降低催化剂中的铂含量，甚至实现无铂或其他非贵金属的替代至关重要。目前，国内现有燃料电池催化剂企业超过10家，国内催化剂产能在100kg-1000kg/年；国氢科技已实现催化剂技术完全自主化。
质子交换膜方面，需要开发超薄、低渗透、长寿命的全氟磺酸复合膜体系。质子交换膜需要突破树脂合成技术、高填充度技术、制造技术以及高耐久技术，国内电堆用质子交换膜长期依赖进口，预估2022年至2025年，质子交换膜市场需求180-200万m2/年；国氢科技年产质子交换膜30万平，性能达到国际同类产品水平。

膜电极（MEA）是燃料电池的“心脏”，MEA的性能直接影响燃料电池电堆和系统的性能；膜电极是燃料电池内部能量转换的场所，承担着燃料电池内的多相物质传输（液态水、氢气、氧气、质子和电子传输）的职责，通过电化学反应将氢气的化学能转化为电能。

周明正介绍国氢科技膜电极制备工艺，从GDE热压法到CCM三合一膜电极法再到有序化膜电极法，国氢科技不断探索，CCM三合一膜电极制备工艺已被广泛采用，是目前主流的商业化制备方法，不仅有效提高了催化剂利用效率，更易满足批量化制造的需求。

国内膜电极市场呈多家竞争局势，预估2022年至2025年，膜电极市场需求50万cm2/年；国内膜电极企业扩产速度加快，规模效应带动膜电极成本持续下降。

周明正总结，产业化应用上，国氢科技努力实现自主化、高性能、低成本，在催化剂、碳纸、质子膜、膜电极、双极板基础技术体系上不断探索，生成燃料电池产品线及PEM制氢产品线两大产品体系。建设长春、北京、济南、宁波、武汉、佛山、东京七大产业基地，夯实发展基础。