作為車用燃料電池核心材料，質(zhì)子交換膜技術(shù)門檻極高。全球燃料電池汽車發(fā)展多年以來，國內(nèi)外很多企業(yè)投入過質(zhì)子交換膜的研發(fā)生產(chǎn)，但大多因為各種各樣的原因或停滯或放棄該業(yè)務，能夠長期堅持下來且實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的僅有戈爾。

戈爾憑什么能夠獲得車用質(zhì)子交換膜“獨一無二”的市場地位？作為“領(lǐng)頭羊”，戈爾接下來的戰(zhàn)略規(guī)劃又將如何影響行業(yè)的發(fā)展？

近日，高工氫電巡回調(diào)研團隊到訪戈爾。戈爾成立于1958年，是一家以材料科技為本的全球性公司，從發(fā)明GORE-TEX®面料推動戶外服飾行業(yè)革新，到創(chuàng)造醫(yī)療器械改善生活、拯救生命，以及在特種航天、醫(yī)藥和移動電子等行業(yè)中實現(xiàn)更出色的產(chǎn)品性能等。公司總部位于美國特拉華州紐瓦克市，在全球擁有約9500名員工，年收入逾35億美元。

在車用燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)域，戈爾創(chuàng)造性地發(fā)明ePTFE(膨體聚四氟乙烯)的專有增強膜技術(shù)，所以核心產(chǎn)品GORE-SELECT®PEM具有超薄、耐用、高功率密度的特性，與全球領(lǐng)先的新能源汽車制造商和燃料電池公司有著廣泛而深入的合作。豐田MIRAI、現(xiàn)代NEXO和本田CLARITY等都采用戈爾產(chǎn)品，被認為是滿足汽車應用挑戰(zhàn)的行業(yè)標準。

從技術(shù)來看，戈爾之所以能夠引領(lǐng)全球車用質(zhì)子交換膜的發(fā)展，主要源于四點：1、質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導是通過酸性的有電阻功能的氟磺酸離聚體樹脂，戈爾在近三十年的研發(fā)過程中，篩選和評測眾多不同特性離聚體，找到最佳方案，適應不同工況條件的需求；

2、作為ePTFE膜的發(fā)明者和領(lǐng)導者，戈爾可以自如地對膜微觀機構(gòu)進行工程設計，獨特的ePTFE膜微觀結(jié)構(gòu)幫助實現(xiàn)氟磺酸離聚體的最佳性能；

3、耐久性是車用質(zhì)子交換膜的一大技術(shù)瓶頸，而戈爾膜技術(shù)打破了傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜質(zhì)子傳導性和耐久性的矛盾。其通過特殊的膜結(jié)構(gòu)選擇來達到很高的機械強度，降低溶脹，同時優(yōu)選的助劑配方實現(xiàn)極強的化學耐久性，使質(zhì)子交換膜持久地保持高性能；

4、眾所周知，規(guī)模化生產(chǎn)、批量穩(wěn)定性和質(zhì)量均一性是車用質(zhì)子交換膜的關(guān)鍵。戈爾自主研發(fā)的生產(chǎn)流程和工藝，特別是百萬平米級別的連續(xù)生產(chǎn)線是質(zhì)子交換膜技術(shù)走出實驗室，成為其產(chǎn)品走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的保證。

從產(chǎn)品來看，戈爾增強型質(zhì)子交換膜每年出貨量達幾十萬平米，且逐年遞增中。目前公司出貨量較多的是18μm、15μm的質(zhì)子交換膜。在超薄膜應用提速的形勢下，戈爾8μm超薄膜也得到客戶的好評。雖然超薄膜技術(shù)已經(jīng)遠遠領(lǐng)先于同行，但戈爾實驗室里已經(jīng)儲備了5μm乃至更薄膜的技術(shù)能力，正等待合適的產(chǎn)業(yè)化時機。

戈爾亞太區(qū)高級經(jīng)理陳恩澤表示：“目前下游客戶對超薄膜很感興趣，主要原因在于超薄增強膜大大降低質(zhì)子傳導阻力，降低歐姆極化，提高電堆功率密度。同時超薄的設計更加有利于水氣的傳導，特別是在低濕條件下，提升整個電堆的運行性能。超薄膜還意味著原料更節(jié)省，系統(tǒng)設計更加靈活，開發(fā)者可以開發(fā)更簡單更低成本的系統(tǒng)。”

值得注意的是，超薄膜要實現(xiàn)更好的性能，技術(shù)難度比尋常膜大得多。

“戈爾GORE-SELECT®PEM是基于ePTFE（膨體聚四氟乙烯）增強的超薄高耐久離子交換膜技術(shù)。該技術(shù)的亮點是通過超薄（可低于10微米）增強設計（獨特的ePTFE微觀結(jié)構(gòu)）和特殊的原材料（氟磺酸離聚體以及助劑配方），提高燃料電池質(zhì)子傳導性能，提升功率密度，增強機械和化學耐久性，延長整個系統(tǒng)在車輛使用環(huán)境下的壽命。”陳恩澤說。

經(jīng)過實際驗證，戈爾8μm膜的化學耐久性和壽命比肩18μm膜。其在保證膜質(zhì)子傳導性能的情況下極大地降低了膜溶脹失效，化學降解失效，特別是在高溫低濕的環(huán)境下。同時戈爾通過膜的特殊微觀機構(gòu)，有效降低滲氫率，同時不影響質(zhì)子通過效率，這大大提高了系統(tǒng)的燃料效率。

整體而言，戈爾超薄膜可以幫助減少電堆體積和重量，同時優(yōu)異的耐久性能也延長了電堆使用壽命，提高輔助系統(tǒng)的冗余度，降低復雜性，從而降低其全生命周期使用成本。

眾所周知，燃料電池汽車要實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用，必須與純電動車及傳統(tǒng)燃油車進行的綜合競爭力對比，這意味著燃料電池系統(tǒng)在提高功率密度、實際路況耐久性（一般情況下至少>5000小時耐久運行，約等于二十萬公里行駛里程），以及綜合系統(tǒng)成本上要大幅提高現(xiàn)有水平。

“作為目前占電堆成本25%左右的關(guān)鍵材料，通過戈爾最新批量化生產(chǎn)技術(shù)帶來規(guī)模效應，未來更有大幅度成本下降的空間，從而助力燃料電池汽車對比傳統(tǒng)汽車取得競爭優(yōu)勢。”戈爾高級銷售經(jīng)理陳疌表示，戈爾打造了全球首條符合汽車行業(yè)標準的大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)線，位于日本岡山市，設計產(chǎn)能達數(shù)百萬平米/年，采用最新一代工藝設計，滿足整車企業(yè)嚴苛的質(zhì)量要求，能夠顯著降低生產(chǎn)不可控因素及人力成本。

從下游應用來看，目前全球領(lǐng)先的燃料電池汽車制造商均選用戈爾膜作為唯一供應商應用到其量產(chǎn)車型上，比如豐田MIRAI、本田CLARIFY、現(xiàn)代NEXO、上汽FCV系列等。同時，戈爾和國內(nèi)其他眾多整車企業(yè)、系統(tǒng)制造商也在進行大量合作。

舉個例子，自2018年2月開始運行，采用東方電氣氫燃料電池系統(tǒng)的10臺蜀都氫燃料電池公交車，其中東方電氣自主研制的膜電極組件通過耐久性驗證，壽命突破5000小時的預設要求，戈爾GORE-SELECT®PEM的耐久性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。

在國內(nèi)，除了配套東方電氣自主研發(fā)的膜電極組件外，戈爾還助力新源動力HYMOD®-36型車用燃料電池電堆突破了5000小時耐久性難關(guān)，同時實現(xiàn)了電堆在-20℃環(huán)境下的低溫啟動，以及在-40℃下的儲存。2019年1月，戈爾榮獲新源動力頒發(fā)優(yōu)秀供應商獎。

事實上，20多年來，戈爾的薄膜在領(lǐng)先的整車廠以及全球數(shù)以萬計的車輛（包括乘用車、商用車、叉車等）、無人機、便攜式和固定式發(fā)電、儲能等應用中已經(jīng)得到廣泛驗證。從其技術(shù)儲備來看，更薄、更耐久、更適應高溫應用場景的技術(shù)等正接近商用化水平。

如今戈爾GORE-SELECT®PEM被認為是燃料電池汽車應用的行業(yè)標準和技術(shù)規(guī)范。戈爾GORE-SELECT®PEM技術(shù)、生產(chǎn)工藝及大規(guī)模量產(chǎn)能力必將促進質(zhì)子交換膜燃料電池成為全球新能源汽車行業(yè)主要技術(shù)路線和重要增長引擎。

本次巡回調(diào)研活動得到贊助商山東魔方新能源科技有限公司團隊的大力支持。目前魔方新能源主要研發(fā)設計燃料電池發(fā)動機、電堆、石墨雙極板、MEA等核心產(chǎn)線。作為設備供應商，團隊憑借十多年的燃料電池研發(fā)設計經(jīng)驗，可深度參與客戶的技術(shù)工藝路線選型；可充分滿足客戶需求，開發(fā)出領(lǐng)先的整套生產(chǎn)線。