上海交通大學(xué)特聘教授張永明：全氟質(zhì)子交換膜介紹
圖為上海交通大學(xué)特聘教授張永明發(fā)表主題演講
在中國電動汽車百人會論壇（2018）的“燃料電池產(chǎn)業(yè)化路徑與政策環(huán)境”主題論壇上，上海交通大學(xué)特聘教授張永明發(fā)表主題演講。
以下為演講實錄：
各位領(lǐng)導(dǎo)、各位嘉賓，上午好！我聚焦燃料電池電堆部件——全氟質(zhì)子交換膜。有了質(zhì)子交換膜，才有燃料電池以后的系統(tǒng)和發(fā)動機。
尾氣污染途徑。
汽車尾氣是影響生活最大的禍根。我們做的事情非常有意義，過去有很好的環(huán)境，現(xiàn)在被汽車工業(yè)污染到現(xiàn)在的狀況，沒有辦法生存。電動車，燃料電池電動汽車是必然的發(fā)展方向。從化學(xué)工作人員角度：“尾氣里有多毒的東西？”“我把自己關(guān)在車庫里沒有熬過一分鐘”。因此，不解決尾氣，沒有辦法過美好生活。
質(zhì)子交換膜燃料電池核心技術(shù)。
燃料電池關(guān)鍵在于部件與系統(tǒng)，如果把部件做好，很多做系統(tǒng)的專家技術(shù)人員完全可以做出很好的系統(tǒng)。目前的關(guān)鍵問題是沒有把部件做好。質(zhì)子交換膜燃料電池，中間黃色的是質(zhì)子交換膜，兩邊是催化層，兩邊灰色是擴散層，再往外是雙極板。如果把它們都做好，能夠集成很好的電堆。像一代材料、一代能源、一代裝備一樣，材料是核心，也是出發(fā)點。
燃料電池質(zhì)子交換膜的來歷。
從材料角度，質(zhì)子交換膜是材料的一種，材料分無機金屬材料和高分子材料。高分子材料有聚乙烯普通的高分子材料，后來發(fā)展更高性能含硅材料，再后來是含氟的材料。不得不回顧杜邦公司做的工作，PTFE是杜邦公司1938年發(fā)明的。PTFE是高分子，它形成的材料非常穩(wěn)定。難能可貴的是杜邦的科學(xué)家把磺酸根引入PTFE煉廠，形成聚合物，這也是質(zhì)子交換膜的發(fā)展緣由。現(xiàn)在都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為各種結(jié)構(gòu)，但末端一定是磺酸根的結(jié)構(gòu)。Nafion流行了很長時間，可惜杜邦公司沒有下多少功夫。
東岳燃料電池質(zhì)子交換膜的研發(fā)過程。
為什么質(zhì)子交換膜我們一家做？因為，研究太難、路線長、耗時長。2003年至今，做15年，不賺一分錢，還賠錢。如果不是后面集團公司的支持，工作不可能持續(xù)。我們從螢石礦與鹽礦開始做，最后做到膜。國際上有很多公司也在做，但它們是在某一個起點做，有的從聚合物開始做。我們從最開始研究一步一步做，我國將來用膜也有底氣。我們有成本的底氣，也有高性能的底氣。為膜做的原材料裝置，都是實實在在的工業(yè)裝置，而不是實驗室做的小東西拿出來測試，性能非常好。所有后面的性能都是基于工業(yè)規(guī)模的技術(shù)。前幾年李克強總理專門到實驗室詢問，前年開會時他問我“膜做的怎樣?”，他非常關(guān)心這項技術(shù)的發(fā)展，對我們是很大的鼓舞。
這是全氟質(zhì)子交換膜的曲線，我們與奔馳公司合作。目前市面上DF260有兩代新膜，其中2.0代膜的電流密度可以到6.5，但這沒有體現(xiàn)壽命，而清華大學(xué)李教授提到有關(guān)壽命的問題。2007年至今，我們與奔馳公司合作十年，了解全過程。根據(jù)汽車公司的要求，六千小時就能滿足要求。我們也詢問過他們“膜做完六千小時完好無損，是不是可以往后做？”，它們說沒有必要。所以，國內(nèi)外考核標準與方法需要進行交流。性能質(zhì)量達標的牌子是它們頒發(fā)，全球只有兩塊，美國戈爾公司和我們。有了評價工作，我們對前面工作基本滿意。
涉足燃料電池質(zhì)子膜研發(fā)工作的有很多，前面有國際大公司，東岳未來氫能材料公司也在做。目前，能夠達到汽車公司要求的是戈爾公司和我們，我們會與國際同行一道，繼續(xù)推動燃料電池關(guān)鍵材料的發(fā)展。日本功率密度將達到六千瓦、八千瓦，不知道能不能到八千瓦，但目前四千瓦的膜已經(jīng)做好準備。
謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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