質子交換膜是氫燃料電池電堆的核心部件之一，起到傳遞質子、隔離兩極反應物等重要作用。

燃料電池中質子交換膜工作原理，圖源自：Polymers Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs): Advances and Challenges

戈爾GORE-SELECT??質子交換膜

根據材料的成分不同，質子交換膜有不同分類，其中全氟磺酸質子膜是最主要的類型，其共聚單體全氟乙烯基醚磺酰氟（PSVE）的分子結構、四氟乙烯（TFE）與PSVE的比例決定了全氟磺酸樹脂的聚合度，以及用于質子傳遞的側鏈磺酸基團的數量，由最終影響質子交換膜的機械性能和離子交換能力。

圖?質子交換膜分類

一、全氟磺酸樹脂制備簡介及挑戰

全氟磺酸樹脂具有耐熱性好、化學穩定性優、機械強度高、熱熔融加工性好等優點，是已知最強固體超強酸。在現代工業上，全氟磺酸樹脂的主要用途是制造薄膜。

全氟磺酸樹脂結構式

全氟磺酸樹脂制備一般是以帶有磺酰氟基的全氟乙烯基醚單體與四氟乙烯為原料進行共聚制得。從制備過程來看，困難主要來自四個環節：原材料PSVE單體的制備、四氟乙烯的獲取、樹脂的聚合和成膜。

● PSVE單體，即全氟磺?；蚁┗?，其制備反應條件十分嚴苛。為了規避技術糾紛，各廠家領先開發出不同結構的PSVE單體后紛紛申請專利，因此這一環節專利保護性較強。

●?四氟乙烯是制作全氟磺酸樹脂的核心原材料，具有易爆炸特點，運輸難度大，因此生產全氟磺酸膜的企業，一般需要具備四氟乙烯的自供能力。

●?樹脂的聚合與成膜過程，存在著機械強度難以保證、產品平整度和厚度難以取舍的問題，使其滿足工業化生產規模具備相當大的技術難度。

圖源自：燃料電池質子交換膜概述，李婷等，《東方電氣評論》2015年115期

二、質子交換膜成本簡析

國融證券2022年研報顯示，燃料電池系統包括電堆、空氣壓縮機和其它三個部分，分別占總成本的62%、16%和22%。占比最高的電堆部分又可分為催化劑、質子交換膜（電解質）、雙極板、氣體擴散層和其它5類。而催化劑、質子交換膜和雙極板，正是導致燃料電池成本居高不下的關鍵因素。

其中，據中航證券2022年研報顯示，20cm*20cm(0.04m2)規格的杜邦質子交換膜價格為899元。一般生產每輛氫燃料電池汽車至少需要20平米質子交換膜，約合22.5萬元。

由此可見，質子交換膜成本是制約氫燃料電池應用發展的因素之一，也吸引了不少企業關注及布局。目前質子交換膜供應商主要有：戈爾、科慕、艾杰旭AGC、索爾維、武漢綠動氫能、東岳未來、漢丞科技、蘇州科潤新材、通用氫能等。

來源：綜合整理

原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：全氟磺酸質子交換膜制備簡析：生產難度大，價格也不便宜