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      優可發:質子交換膜基膜國內領跑者
      優可發 / 時間:2023-03-23 13:36:55

              蘇州優可發新材料科技有限公司是一家基于膨體ePTFE氟元素微觀多孔膜及其衍生品的省專精特新企業,公司創建于2017年自主創新的研發團隊掌握e-PTFE膜40+核心技術,建立成熟的 ePTFE 膜制造、改性、復合、檢測、驗證的全產業鏈的生產制造能力?;谂蝮wePTFE氟元素微觀多孔膜主要產品系列有氫能質子膜基膜、納米空氣過濾膜、高效空氣濾紙、液體超濾膜、超濾液體濾材、防水透氣膜、防水透音膜、微孔電子膜、好氧堆肥膜、功能性紡織面料等。在納米級芯片工藝制程超凈環境、空氣除塵過濾、超濾液體過濾、廢水處理、防水透氣產品、新能源汽車、燃料電池、功能紡織面料、防水透氣包裝等行業領域推出眾多創新產品。在燃料電池汽車產業蓬勃前景的推動下,企業對加速氫能和儲能領域核心膜材料-質子交換膜基膜的研發及產業化,解決了我國氫能和儲能領域關鍵材料被國外卡脖子技術難題。

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      質子交換膜材料簡介

      質子膜,又稱聚合物電解質薄膜,實際是一種選擇性透過膜,功能是傳遞質子,此外還起到隔離燃料與氧化劑,防止滲透引起直接化學反應的作用。在燃料電池中,它與催化劑、氣體擴散層、構成膜電極,成本占到整個燃料電池堆的10-20%。

      質子交換膜根據含氟情況進行分類,主要可分為全氟質子交換膜、部分氟化聚合物膜、無氟質子交換膜、復合膜四類。目前全氟磺酸質子交換膜和復合質子膜已經實現商業化,成為市場上重要的燃料電池隔膜材料。

      質子膜交換膜的基本結構和發電原理如下所示:


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      質子膜交換膜燃料電池反應原理

      單電池主要由膜電極(陽極Anode、陰極Cathode、質子交換膜PEM)和集流板組成。具有一定濕度和壓力的氫氣和氧氣分別進入陽極和陰極,經擴散層到達催化層和質子交換膜的界面,分別在催化劑的作用下發生氧化和還原反應。

      陽極:H2---->2H++2e-

      陰極:1/2O2+2H++2e----->H2O

      電池總反應:H2+1/2O2---->H2O

      在陽極,氫氣發生電化學反應生成氫離子和電子,其中氫離子通過質子交換膜傳導到陰極(質子交換膜的特有屬性使其只允許氫離子通過),電子通過外電路達到陰極,在陰極氫離子、電子和氧氣反應成水。生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式隨多余的氧氣從陰極出口排除。

      質子膜是燃料電池的核心部件,簡化來說,就是一種10~200um的薄膜。質子交換膜的重要特征就是只允許氫離子通過,不容許氫氣及電子通過。對質子交換膜的性能如良好的離子導電性、適度的含水率、高穩定性、高機械強度和結構強度。在研發質子交換膜的過程中,主要綜合考慮以下方面:

      1厚度及單位面積質量

      質子交換膜的厚度和單位質量與其電阻大小直接相關,減小厚度和單位質量,能夠有效降低電阻值,減少歐姆損耗,提高燃料電池的輸出電壓和能量密度。但是需要注意的是如果質子交換膜的厚度過低,會影響其抗拉機械強度性能。

      2抗拉機械強度

      抗拉強度與質子交換膜的厚度成正比關系,同時也與內部的工作環境有關。因此,在設計開發質子交換膜時,要綜合考慮其電阻值與抗拉強度,進行反復的優化設計,找到合適最匹配的厚度值。

      3)含水率

      單位干膜質量的含水量稱為質子交換膜的含水率。含水率對質子傳到能力有較大影響,同時也會影響氧氣在質子交換膜中溶解擴散。含水率越高,質子交換膜擴散因子和滲透越大,質子膜的電阻也隨之下降,但要注意的的事會降低其強度。

      4)溶脹率

      溶脹率是指在給定溫度和濕度下相對于干膜在橫向,縱向和厚度的方向的尺寸變化的百分比。溶脹率反應了質子交換膜的形變特性。溶脹率高,在水合和脫水時會由于膜的溶脹而造成電極的變形和質子交換膜局部應力的增大,導致燃料電池性能下降。在設計質子交換膜的時候,要綜合考慮其厚度、阻值、抗拉強度、含水率以及溶脹率,這些因素相互影響,此消彼長,要經過不斷的優化綜合的得到“理想點optimum point“。

      優可發用于質子交換膜ePTFE基膜

      目前質子交換膜燃料電池商業化的限制因素包括PFSA膜的高成本和耐久性。采用多孔膨體聚四氟乙烯(ePTFE)多孔膜作為增強基體來制備增強型復合質子膜是一種先進的質子交換膜制備技術。通過復合的形式引入機械穩定性更強的ePTFE材料,可才保證質子交換膜機械強度和尺寸穩定性的同時有效地減小膜總厚度,從和減少PFSA離子交換聚合物的使用,降低制備成本。并且通過抑制膜平面方向的溶脹,來降低PEMFC燃料電池運行中因干/濕循環引起的機械應力及其帶來的膜損害。因此該類質子交換膜在PEMFC干、濕循環過程中更加穩定,其使用壽命相比同等厚度非增強膜提升一個數量級,與純PFSA膜相比,可以實現更好的燃料電池性能。此外,這種基于ePTFE的增強復合膜還具有其他優點,包括較高的機械強度,較好的尺寸穩定性以及由于其較薄的膜厚度而具有較低的質子傳導面阻。通過將PFSA分散液浸漬在填充到多孔ePTFE基體中可制備增強復合膜,其典型的商業化代表就是GORE膜。

      蘇州優可發新材料科技有限公司也基于增強復合膜的制備理念開發了高機械強度、高孔隙率、獨特的纖維結構ePTFE基膜以及有著更好的PFSA離子交聯聚合物填充效果。以下表格為蘇州優可發技術有限公司生產的ePTFE多孔膜性能數據對比國內外典型商業化的ePTFE多孔膜膜供參考。

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      截至目前中國眾多質子交換膜企業已接受優可發產品,并被國內行業龍頭企業評價通過,列為合格供應商。優可發將堅守“通過持續的創新,生產極致產品及保證其品質穩定性,滿足全球客戶不斷變化的需求”, 加快核心技術的壁壘構建,打破核心材料國外產品壟斷邁出關鍵的第一步,并助力國內產業關鍵技術的突破與本土化,解決上游核心原材料被國外卡脖子的難題。持續保持在ePTFE膜行業領域的領先地位。不忘持續為人類健康、社會環保做出貢獻的初心,帶著對夢想永恒追求,優可發將砥礪前行,不斷努力,為人們創造一個更加美好的生活,讓世界更加精彩。



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