前不久，百利坤艾氫能膜材有限公司（以下簡稱“百利坤艾”）與全球最大的化工公司之一的德國巴斯夫正式簽署《膜電極開發與全球授權合作協議》引發業內的廣泛關注。

業界關注的焦點在于二者合作的內容聚焦“高溫質子交換膜技術”。

根據合作協議，百利坤艾和巴斯夫此番合作將共同致力于“高溫質子交換膜技術——在線制氫”等相關領域的研發和生產，促進氫燃料電池高溫質子交換膜電極技術在亞太地區的推廣和應用。

事實上，采用“高溫質子交換膜”路線的氫燃料電池跟常規的氫燃料電池相比，有很大的差異性，在制造工藝和使用場景上都有很大的不同。采用高溫質子交換膜的在線制氫路線一直以來都處在邊緣化的位置，商業化探索仍然長路漫漫。

高溫質子交換膜優點在于“胃口”夠好

如果根據采用的質子交換膜來對當前的氫燃料電池路線進行分類，可以把燃料電池分成常溫和高溫兩種不同的技術路線，其一是“常溫質子交換膜”路線，采用的是全氟磺酸膜，大多數采取高壓儲氫的方式；其二是“高溫質子交換膜”路線，采用高溫質子交換膜，大多數采取在線制氫的模式。

從當前的市場應用情況來看，采用全氟磺酸膜的“高壓儲氫—常溫質子交換膜”路線更為普遍，氫燃料電池汽車最具代表性的豐田Mirai就是采用這種質子交換膜，相比而言，很少看到有采用“在線制氫—高溫質子交換膜”路線的車輛。

那么，為何在全氟磺酸膜的“高壓儲氫—常溫質子交換膜”路線已經成為主流的背景下，依然有像百利坤艾和巴斯夫這樣的公司在押注高溫質子交換膜路線呢？

高溫質子交換膜路線最大的優點在于對電池的燃料更容易獲取，從而得以繞過復雜的制氫、儲氫和運氫等高成本運營環節。

由于高溫質子交換膜的“胃口”更好，對氫氣的純度要求不高，既可以使用高壓儲氫，也可以使用甲醇重整制氫，采用該路線的企業更多的是采用甲醇重整制氫。這就意味氫氣可以隨產隨用，使氫氣的獲取更為容易，便于規模化推廣。

“相比于電堆的成本來說，加氫站的建設也是很大一筆費用，動輒上千萬的建站投入（不算地價租金）讓人卻步。”北京海德利茲新技術有限公司總經理郭志斌認為，采用高溫質子交換膜可以直接利用現有的加油站體系完成甲醇的存儲、運輸和加注，從而避開了氫氣儲氫、加氫等基礎設施不足的難題。

另一方面，若高溫質子交換膜路線得以實現規模化推廣還能降低催化劑的使用量，從而降低成本。

“理論上來說，高溫質子交換膜需要的催化劑用量更低，更有利于降低電堆的成本。”國內一家質子交換膜企業的技術總監告訴高工氫電，現階段，全氟磺酸膜路線商業化上走得更遠，催化劑的配套也更為成熟，而高溫質子交換膜路線要達到理想狀態還需要時間。

高溫質子交換膜商業化仍需突破重重難關

雖然“高溫質子交換膜”路線運營和推廣環節更具有經濟性，但從實際運營的氫燃料電池汽車數量上來看，該路線并未得到廣泛認可，特別是高溫質子交換膜的一些明顯的缺陷需要繼續改善。

“以代表膜產品PBI（中聚苯并咪唑）為例，純PBI在常溫下是絕緣體，電導率極低。”國內一家質子交換膜的企業負責人認為，需要對PBI進行改性處理，摻雜導電離子，才能提高PBI的電導率。

目前，業內的主流的解決方案為將PBI膜浸泡到磷酸當中，從而得到磷酸摻雜的PBI膜，以此提高其電導率。然而這種工藝又會導致磷酸摻雜的PBI容易溶脹，降低機械強度。并且，在高溫的條件下，磷酸容易隨著溫度過高而流失，導致質子電導率的降低。

“高溫質子交換膜的下一步是尋找不依賴水和磷酸的質子導體。”上述專業人士認為，無機固體酸由于在中高溫下具有比較高的電導率并且運輸方便，或成為下一步的主要研發方向，但產業化仍需多方推動。

然而解決高溫質子交換膜的產業化難題只是第一步，在實際使用過程中，還需要考慮整車在輕量化方面的實際要求。如何提高“在線制氫”效率和壓縮在線制氫設備的體積需要突破的難點。

“采用在線制氫模式意味著整車上要多預留一部分空間用于承載制氫設備，這無疑會增加整車的重量和體積。”國內一家氫燃料電池企業生產企業高層認為，燃料來源廣泛這個優勢在轉化環節也面臨著重重挑戰。

由此可見，目前的高溫質子交換膜離成熟化應用尚遠，在實現搭配大批量生產之前，談經濟性也缺乏實際意義。

“從長遠來看，轉化效率更高，廢氣零排放的‘常溫質子交換膜路線’更適合乘用車市場，但這需要建立在制氫、儲氫和運氫這些環節打通的條件下。”國內一家不愿具名的電堆制造企業高層認為，現階段“高溫質子交換膜”路線還處于商業化推廣的前期，若能解決相關工藝上的難題，會是高壓儲氫常規路線的補充，特別是對于不具備制氫儲氫條件的地區來說。