质子交换膜这一“卡脖子”领域,正在被中国打破。
近日,国内一家专注质子交换膜的研发制造企业——汉丞科技完成超亿元人民币B轮融资。研发资金充足,将用包括部署年产能达1000吨的全氟磺酸树脂生产线、建立阴离子交换树脂(AEM)生产线等。
据公开信息,汉丞科技创立于2016年,现已形成“一体四翼”的业务结构。其中,“一体”指的是全氟磺酸质子交换膜,“四翼”则分别涉及电解水(制氢)、燃料电池(用氢)、液流电池(储能)以及二氧化碳浓缩电解还原(减碳)。
质子交换膜的好坏,直接决定了电解槽和燃料电池的性能、寿命、成本等这些关键因素。过去我国在质子交换膜的研发上,与欧盟发达国家有差距,关键核心技术一直掌握在国外企业手中。但随着国内企业研发投入的逐步增加,一些企业已经具备国产化能力。
质子交换膜深陷“卡脖子”瓶颈
全氟磺酸质子交换膜,是目前市面上最主流的质子交换膜。质子交换膜则是一种离子选择性透过膜,在电池(电解池)中起到为质子迁移和传输提供通道、分离气体反应物并阻隔电解液的作用,可广泛应用于PEM电解水制氢及燃料电池等领域。
作为当前氢能产业中的核心技术材料,质子交换膜制备工艺复杂,长期被杜邦、戈尔、旭硝子等国际巨头垄断,国内则一直处于“卡脖子”状态。截至2022年之前,国内质子交换膜领域对外依赖度高达99%。
其中,杜邦是全球最早开发并销售质子交换膜的企业,早在1962年就开发出性能优良的全氟磺酸型质子交换膜,即Nafion系列产品,截至目前Nafion膜也是全球使用最广泛的;美国戈尔具有超过25年的增强型质子膜的开发和制造经验,公司更专注于燃料电池膜的研发, 其开发的SELECT系列增强型质子膜凭借超薄、耐用、高功率密度的特性,占据全球主要燃料电池市场。
市场需求井喷,国产化替代加速
不过,近年来,随着国内氢能产业的快速发展,特别是PEM制氢技术和燃料电池汽车的商业化应用,质子交换膜的市场需求爆发式增长。
据测算,在PEM制氢领域,到2025年,质子交换膜的需求量将达到2.9万平米,2030年将达20.4万平米;在燃料电池领域,到2025年,质子交换膜需求量将达63.6万平米。
面对如此庞大的市场需求,国内企业纷纷加码质子交换膜的研发与生产,东岳未来、科润新材料、浙江汉丞等企业均已推出质子交换膜产品,并在产品关键性能及产能规模上持续突破,国产化替代的步伐不断加快。
碳索氢能网梳理了国内15家质子交换膜企业信息如下:
科润新材料
苏州科润新材料股份有限公司成立于2019年,由国家万人计划专家杨大伟(06年毕业于中国矿业大学)创办,拥有近10年的全氟离子膜与质子交换膜研发制造经验。
经过十多年的科研攻关,其技术团队解决了我国钒液流储能电池和氢燃料电池领域核心膜材料的瓶颈问题,实现了全氟磺酸质子膜的自主生产,为我国钒电池行业提供了90%以上国产全氟离子膜产品。2021年,完成一亿元B轮融资后科润新材料拟投3亿元建年产500吨全氟磺酸树脂生产项目,向质子交换膜原材料领域布局。
东岳未来
东岳未来氢能成立于2017年12月19日,注册于淄博市东岳经济开发区,是国内唯一实现全氟质子交换膜全产业链量产技术突破并拥有大规模供应能力的企业,燃料电池膜产品性能达到全球先进水平。此外,东岳的质子交换膜拥有全部自主知识产权及核心技术工艺,将这一高技术含量的关键材料成功推向市场。
2020年11月,东岳未来氢能150万m2/a燃料电池膜一期工程正式投产,一期项目年产量为50万m2。东岳未来氢能共设南北两个厂区,南区为150万平方米燃料电池质子膜生产厂区,由综合研发中心和国际先进的标准化膜车间组成;北区为燃料电池质子膜配套工程,以提供全产业配套的高科技关键材料。
汉丞科技
浙江汉丞科技浙江汉丞科技有限公司成立于2016年,其技术负责人是美国戈尔公司前技术总监,技术研发团队以两院院士及国家专家为核心所组成,其主要致力于研发、生产、销售世界领先的含氟高分子材料、纳米微孔薄膜,应用在安全防护、新能源电池、航天航空航海防腐密封隐身材料、节能环保、医疗等关键核心技术。
汉丞新材料科技公司已开发出10-12微米的质子交换膜产品,已建成了年产30万平的质子交换膜生产线,未来还将扩建至100万平。汉丞Hyproof增强型全氟磺酸质子交换膜是一种超薄增强型复合膜,可用于燃料电池质子交换膜电极、水电解制氢隔膜、储能电池隔膜及许多电化学应用。具有良好的质子选择性,高机械强度,高离子传导率,低溶胀形变,耐强酸,使用寿命长等特点。
氢辉能源
氢辉能源成立于2021年11月,位于深圳龙岗区,是一家专注于质子交换膜(PEM)电解水制氢关键材料及部件的国产化、产业化,及相关检测设备的研发、生产、销售及技术服务的企业。
2023年7月,氢辉能源4GW质子交换膜产线建成落地。氢辉能源BriPEM双增强型质子交换膜拥有物理、化学双增强的特性。产品采用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸树脂作为固体电解质,高强度聚合物作为增强骨架,具有低阻抗,高选择性和高机械稳定性等特点;另外,该产品通过化学增强使其在腐蚀性环境中具有较高化学稳定性和较低的渗氢电流。同时,BriPEM质子交换膜通过添加功能纳米粒子和自由基捕捉剂,大幅降低膜的气体渗透,抑制自由基形成,消除产生的自由基,使得质子交换膜具有较高的耐久性。
武汉绿动氢能
武汉绿动氢能成立于2020年7月,是国家电投氢能公司在武汉市注册成立的全资子公司,专注于质子交换膜、电堆和系统的研发、生产和销售。该公司也是国家电投集团落地武汉经济开发区的重点项目“国家电投华中氢能产业基地及研发中心”的承接主体。
“公司将基于国家电投集团氢能产业布局,在武汉经济开发区开展氢燃料电池质子交换膜及其它核心部件的自主研发生产以及电堆和系统的量产化。”公司目前的项目建设主要围绕质子交换膜产线开展,公司争取在全国范围内形成产业先行、示范引领的强大态势。
2021年12月,武汉绿动年产30万平质子交换膜生产线正式投产,预计年产能30万平方米,可生产厚度从8微米到20微米的质子交换膜。产品在质子电导率、气体渗透率、机械强度等方面均相当或优于国内外同类竞品,但价格只有国外同类产品的一半,现已实现在大功率燃料电池电堆应用。
武汉理工新能源
武汉理工新能源有限公司成立于2006年5月22日,由武汉理工大学和湖北省市政府共同投资,注册资金5000万元人民币。公司依托武汉理工大学在质子交换膜燃料电池关键材料、核心组件、燃料电池发动机及燃料电池汽车等方面的优势,开发了具有自主知识产权的燃料电池核心组件膜电极(CCM/MEA)制备技术等。
公司主要致力于质子交换膜燃料电池膜电极及燃料电池模块的开发、生产与销售,目前建成了一条质子交换膜燃料电池膜电极生产线,并通过了ISO9001质量认证,其产品已向北美及国内市场销售。公司的战略目标是成为中国最大的、具有国际竞争力的专业燃料电池膜电极供应商。
通用氢能
深圳市通用氢能科技有限公司成立于2018年,公司以氢能为基础,以燃料电池为核心,围绕新能源产业,致力于燃料电池关键材料的研发与制造,致力于燃料电池成本降低,快速推动燃料电池的发展。
通用氢能进行增强型全氟磺酸质子交换膜批量化生产,已推出适用于液冷燃料电池、水电解制氢装置和液流电池的标准化产品并提供定制服务,材宽幅可达0.6米,产品已应用于电解水制氢项目中。通用氢能质子交换膜产品具备更高的质子传导率和机械强度,较低的尺寸变化率和接触电阻,同时具有低气体渗透率和良好的热稳定性,拥有较高的耐久性的同时应用性能可达到2A@1.78V。
福氢氢能
福氢氢能成立于2022年,聚焦制氢和用氢环节,是一家技术驱动型公司,主要产品是质子交换膜,应用于燃料电池和PEM电解水制氢领域。公司致力于解决氢能行业制氢端和用氢端核心材料供应安全问题,以技术推动氢能领域降本增效。福氢氢能核心研发团队由中国、美国、日本三地资深技术人员及科学家组成,可从配方、工艺到上游原材料实现全方位覆盖。福氢氢能已建立起质子交换膜量产线,产品已在客户端完成批量测试验证,各项参数以及耐久性和一致性均不逊于国内外同类产品,目前已批量出货。
福氢氢能不仅重点布局质子交换膜,同时为确保原材料供应安全,已向上游原材料拓展,并在湖南岳阳建设工厂。
清驰科技
清驰科技具备长效耐久性添加剂、低杂质树脂分散液、高强度ePTFE增强膜等三项核心技术优势,使用可控原料生产的全环节国产化高性能燃料电池质子交换膜,在理化、极化和耐久性能方面全面达到与同等厚度进口PEM一致或更优。目前已通过多家头部膜电极和电堆厂家测试,即将实现规模化上车应用。
清驰科技针对液流电池行业推出增强型质子交换膜,可以帮助客户显著提高电流密度。清驰科技的添加剂、骨架膜和低杂质原料等核心技术则保证了薄膜具备高强度、高阻钒、长寿命优势。此外,清驰科技在研的增强型高效率水电解制氢用质子交换膜也将于今年底推向市场。
华谊三爱富
上海华谊三爱富新材料有限公司是上海华谊(已上市)的全资子公司,是专业从事氟聚合物(聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF、氟橡胶FKM等)、氟精细化学品、氟制冷剂等各类含氟化学品的高科技企业,中国氟化工的“黄埔军校”。
其前身是成立于1960年4月的上海合成橡胶研究所(SISR),1981年5月研究所更名为上海市有机氟材料研究所(SIOFM)。1992年8月由上海市有机氟材料研究所相关资产改制为上海三爱富新材料股份有限公司,并在上海证券交易所上市,2017年进行重大资产重组,100%由上海华谊(集团)公司控股,并更名为上海华谊三爱富新材料有限公司。主要经营范围为有机氟材料及其制品、化工产品等。三爱富目前拥有质子交换膜原材料全氟磺酸树脂生产技术,也在积极研发氢燃料电池质子交换膜。
全柴动力
2020年12月全柴集团发布定增预案,新增氢燃料电池系统产品。公司积极开展氢燃料电池核心零部件及系统模块的自主研发,围绕材料、工艺、结构、控制等几大方面进行研究,形成自主完整的生产路线和制备工艺。相比于进口产品,项目拥有较大的价格优势和发展空间。公司在氢燃料电池智能制造建设项目中投资1.36亿元,在燃料电池核心零部件质子交换膜、膜电极领域,目前已初步具备批量化生产的前提条件,非公开发行完成后,可以加速氢燃料电池核心零部件及系统模块的研发、量产进度。
2023年全柴集团控股子公司元隽氢能已完成生产基地的建设,建成质子交换膜涂布生产线、CCM阴极涂布线、CCM阳极涂布线、膜电极组件七合一生产线、电堆装配线和系统装配线等产线,具备年产质子交换膜2万平米、CCM2万平米、膜电极组件10万片、电堆和动力系统2000台套的能力。在技术方面,公司正围绕质子交换膜、膜电极等核心零部件产品进行关键性能提升和生产工艺优化。目前尚未实现商业化应用。
中科同力
上海中科同力化工材料有限公司,成立于2002年2月,由中国科学院上海有机化学研究所(已退出)、上海同济科技实业股份有限公司(已退出)以及上海神力科技有限公司等投资者共同组建而成。
公司坐落于上海市闵行区紫竹科学园区内,是集化学科研,开发,生产,销售,服务为一体的综合型企业。中科同力开发的质子交换膜应用于我国首台燃料电池电动汽车。中科同力先后得到国家多项研究经费支持。创新完成了“部分含氟质子交换树脂”的中试规模合成技术研究;创新完成了中试规模的膜制备研究;初步测试电化学性能与进口膜相近,而成本大大低于进口膜。
百利坤艾氢能膜材料有限公司
百利坤艾氢能膜材料有限公司是百利科技与坤艾新材于百利坤艾氢能膜材料有限公司是2019年成立的合资公司,合资公司股权结构为百利科技45%、坤艾新材35%、肖丽香20%。主营业务为高温质子交换膜材料研发与生产,技术咨询、技术服务,注册资金为1亿元人民币。
公司成立前,坤艾新材自主研发的,新一代以超高分子量高性能磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)为核心的高温燃料电池质子交换膜(HTPEM)攻克了多项核心材料的技术难题。公司组建了坤艾—百利膜电极测试实验室(亚洲),实验室按照巴斯夫(BASF)高温质子交换膜电极实验室标准建设,建设学术交流与开放平台,用于亚太地区各科研机构、氢燃料电池汽车厂商、企事业单位进行氢燃料电池领域的技术测试。
泛亚微透
江苏泛亚微透创建于1995年,掌握e-PTFE膜核心技术(车规级质子交换膜增强层),具备微透膜及膜组件全产业链能力;2020年10月在科创板上市。2022年1月,泛亚微透公告拟斥1亿元设立合资公司江苏源氢新能源科技股份有限公司投建氢燃料电池质子交换膜项目。
合资公司位于江苏省常州市武进区。公司以膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜技术及涂布设备和工艺应用经验为基础,在氢质子交换膜(PEM)、功能膜电极组件(MEA)和氢质子交换膜燃料电池(PEMFC)等关键材料及零部件方面进行创新研发和产业布局,致力于我国新能源产业积极发展。2022年8月8日上午,江苏源氢新能源项目在江苏省常州市武进区开工奠基,主要研发生产电堆系统采用的质子交换膜,项目分两期建设,预计年产氢质子交换膜约650万平方米。
绍兴俊吉
绍兴俊吉能源科技有限公司是一家自2007年以来,专业从事氢燃料电池核心材料(催化剂、膜电极)、电堆、控制系统以及氢健康产品的研发、生产、销售和服务于一体的国家高新技术企业。多年来,公司集聚了一批经验丰富、锐意创新的行业人才与研发团队,由多名博士与工程技术人员组成,专业涉及电化学、化学化工、材料科学与工程、控制理论与控制工程等,在燃料电池设计与工程应用方面具有丰富的实战经验。
现有专利40余件,其中授权发明专利4件,实用新型专利25件,其他专利均已受理,拥有自主知识产权的核心关键技术,取得了多项科技创新成果,产品广泛应用于汽车动力、轨道交通、航空航天、水下与水面、大规模储能、民用电源、军事基地、氢健康产品等众多领域,具有非常广阔的市场前景。