常見的質(zhì)子交換膜是一種全氟磺酸聚合物薄膜,在新能源領(lǐng)域,被用于氫燃料電池、儲(chǔ)能、PEM制氫等場(chǎng)景。
與氫燃料電池相比,PEM制氫電解槽的工作環(huán)境壓力更高,這使得質(zhì)子交換膜需要更高的力學(xué)強(qiáng)度及厚度,同時(shí)還需具備優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)性。
據(jù)了解,目前PEM制氫質(zhì)子膜有均質(zhì)膜和增強(qiáng)膜,其中均質(zhì)膜在力學(xué)強(qiáng)度上難以長(zhǎng)期應(yīng)用,而且,高厚度均質(zhì)膜往往會(huì)降低質(zhì)子傳導(dǎo)率,所以通常是開發(fā)工藝更為復(fù)雜的增強(qiáng)膜。
圖為電解水質(zhì)子交換膜的結(jié)構(gòu),源自通用氫能專利CN116252538A
顯然,PEM制氫質(zhì)子交換膜的開發(fā)與生產(chǎn),是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。本文就綜合國(guó)內(nèi)外各企業(yè)官網(wǎng)資料,做一個(gè)梳理介紹,排名不分先后,有錯(cuò)誤或遺漏的歡迎補(bǔ)充。
1、科慕
Nafion??全氟磺酸?(PFSA)?膜基于 PFSA/聚四氟乙烯?(PTFE)?共聚物,廣泛應(yīng)用于電化學(xué)電池中,起到陽(yáng)離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)的作用。Nafion??膜具有多種等級(jí)和不同特性,可滿足設(shè)計(jì)師和工程師的特定應(yīng)用需求。
Nafion??擠出鑄膜通常較溶液鑄膜更厚,適合對(duì)高強(qiáng)度或低透過率/穿透率有嚴(yán)格要求的應(yīng)用。這種膜還可以進(jìn)一步強(qiáng)化以實(shí)現(xiàn)最大強(qiáng)度與抗撕裂性。
網(wǎng)站:https://www.nafion.cn/products/sulfonic-membranes
表 2:Nafion??擠出鑄膜
等級(jí) | 描述 | 化學(xué)加固 | 常見用途 |
非強(qiáng)化膜 | |||
N115 | 127?微米厚 | 是 | 儲(chǔ)能、制氫、各種電解工藝 |
N117 | 183?微米厚 | 是 | 儲(chǔ)能、制氫、各種電解工藝 |
N1110 | 254?微米厚 | 是 | 制氫、各種電解工藝 |
適用于特種應(yīng)用的強(qiáng)化膜 | |||
N324 | 高強(qiáng)度、高負(fù)離子排斥膜 | 否 | 各種電解工藝 |
N424 | 高強(qiáng)度膜 | 否 | 各種電解工藝 |
N438 | 強(qiáng)度最高,分布較?N424?膜更平坦
| 是 | 采用貧氧陰極?(ODC)?技術(shù)通過鹽酸制氯,各種電解工藝 |
N551 | 帶氣體釋放涂層的高強(qiáng)度膜 | 否 | 鉀用氯堿,各種電解工藝 |
2、索爾維
索爾維Aquivion??全氟磺酸(PFSA)具有豐富的產(chǎn)品組合,以及各種物理形式供應(yīng)。其中, Aquivion? E98-15S是一種化學(xué)氫壓縮或動(dòng)態(tài)運(yùn)行水電解槽用擠出PFSA膜,不需要移動(dòng)任何部件,即可用一步法獲得高壓氫。
網(wǎng)站:https://www.solvay.com/zh-cn/press-release/solvay-expands-aquivion-line
3、山東東岳未來(lái)氫能材料股份有限公司
水電解制氫膜是一種固體聚合物電解質(zhì),是一種帶有離子交換功能端基的全氟磺酸樹脂均質(zhì)膜,具有優(yōu)良的耐熱性能、力學(xué)性能、電化學(xué)性能以及化學(xué)穩(wěn)定性能,可在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑介質(zhì)等苛刻條件下使用,廣泛用于PEM水電解制氫等領(lǐng)域。
網(wǎng)站:http://dyfhem.com/cn/ProductList.aspx?TypeId=10014
產(chǎn)品規(guī)格
型號(hào) | 厚度??(μm) | 克重?(g/m2) |
DME670 | 175±10 | 350±10 |
DM6321A | 120±10 | 250±10 |
性能指標(biāo)
項(xiàng)目 | DME670 | DM6321A | 測(cè)試方法 |
拉伸強(qiáng)度(橫向/縱向)(MPa) | ≥25/25 | ≥28/28 | ASTM?D?882 |
斷裂伸長(zhǎng)率(橫向/縱向)(%) | ≥200/200 | ≥200/200 | ASTM?D?882 |
楊氏模量(TD/MD)(MPa) | ≥180/180 | ≥200/200 | ASTM?D?882 |
尺寸變化率(TD/MD/Z)(%) | ≤25/25/25 | ≤25/25/25 | ASTM?D570 |
質(zhì)子傳導(dǎo)率(mS/cm) | ≥140 | ≥140 | GB/T?20042.3-2009 |
4、深圳市通用氫能科技有限公司
通用氫能采用卷對(duì)卷生產(chǎn)工藝進(jìn)行全氟磺酸質(zhì)子交換膜批量化生產(chǎn),已推出適用于液冷燃料電池和水電解制氫的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品并提供定制服務(wù),材寬幅可達(dá)0.6米,滿足更多需求,適用于水電解制氫電解槽的第一批產(chǎn)品正在交付中。
通用氫能質(zhì)子交換膜產(chǎn)品具有更高的離子交換容量、較高的離子電導(dǎo)率、較低的電池內(nèi)阻、更高的機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性和更高的耐久性,同時(shí)通過提高膜的保水能力及傳輸水能力來(lái)提高電池高濕低濕下的性能輸出。
通用氫能PEM在抗老化壽命試驗(yàn)中表現(xiàn)最優(yōu),經(jīng)過5天的Fenton測(cè)試其質(zhì)量損失僅為1.8%,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
5、氫輝能源(深圳)有限公司
氫輝能源的BHN-100μm 增強(qiáng)型電解水質(zhì)子交換膜具有低阻抗、高選擇性、高機(jī)械穩(wěn)定性和在腐蝕性環(huán)境中的高化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于高壓差電解水制氫,膜分離等領(lǐng)域。
產(chǎn)品性能參數(shù):
參數(shù)名稱 | 性能指標(biāo) |
厚度 | 100±5μm |
吸水率 | ≥23% |
面溶脹度 | ≤5% |
拉伸強(qiáng)度 | ≥30.0Mpa |
彈性模量 | ≥500Mpa |
離子交換容量 | ≥1.1mmol/g |
質(zhì)子傳導(dǎo)率 | ≥120mS/cm(80℃,80%RH) |
BHN-100μm?增強(qiáng)型質(zhì)子膜
網(wǎng)站:http://www.brihynergy.com/ProductCust/2202018-518606.html
除此之外,還有BHN-40μm增強(qiáng)型質(zhì)子膜,具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率、高械性強(qiáng)度、適宜吸水率和低溶脹度。該款膜運(yùn)用在氫健康產(chǎn)品領(lǐng)域,在無(wú)壓差的小型工業(yè)級(jí)電解堆中運(yùn)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
產(chǎn)品性能參數(shù):
參數(shù)名稱 | 性能指標(biāo) |
厚度 | 40±2μm |
吸水率 | ≥20% |
面溶脹度 | ≤3% |
拉伸強(qiáng)度 | ≥32.0Mpa |
彈性模量 | ≥250Mpa |
質(zhì)子傳導(dǎo)率 | ≥120mS/cm(80℃,80%RH) |
面電阻 | ≤0.03Ω.cm2 |
BHN-40μm增強(qiáng)型質(zhì)子膜
6、蘇州科潤(rùn)新材料股份有限公司
Nepem-W系列(115W ?116W 117W)全氟離子交換膜特別適用富氫水杯制氫、吸氫機(jī)、富氫水機(jī)等。
Nepem-W系列采用1000當(dāng)量的高品質(zhì)全氟磺酸離子交換樹脂作為原料,采用全新流延法工藝制造,由于流延法工藝可以與摻雜技術(shù)相結(jié)合,因而制造的膜不僅具有拉伸強(qiáng)度大,各向同性、電導(dǎo)率高,無(wú)異味、耐久性好等特點(diǎn)。
網(wǎng)站:http://thinkre.cn/product/21.html
7、漢丞新材料科技公司
漢丞新能源擁有自主研發(fā)生產(chǎn)體系的全氟磺酸樹脂分散方式,制作樹脂分散液高效快捷。
漢丞新能源的相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 CCM 漿料制作質(zhì)子交換膜生產(chǎn)、特種電化學(xué)粘結(jié)劑等多個(gè)領(lǐng)域。同時(shí),漢丞新能源支持為客戶提供客制化的產(chǎn)品,客戶可以選擇不同的分散體系、固含量以及離子交換當(dāng)量,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的選擇路線,滿足下游客戶的使用需求。
網(wǎng)站:https://www.hyproof.com/product/pem-hydrogen-production-tank/
產(chǎn)品參數(shù):
產(chǎn)品型號(hào) | 產(chǎn)品厚度 | 增強(qiáng)層 | 推薦應(yīng)用領(lǐng)域 |
HPM-2055 | 55μm | √ | 小型電解槽、醫(yī)療健康 |
HPM-2080 | 80μm | √ | 分布式發(fā)電、大型電解槽 |
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)(艾邦氫科技網(wǎng)):一文讀懂國(guó)內(nèi)外電解水制氫質(zhì)子交換膜供應(yīng)商及產(chǎn)品