蘇州優(yōu)可發(fā)新材料科技有限公司是一家基于膨體ePTFE氟元素微觀(guān)多孔膜及其衍生品的省專(zhuān)精特新企業(yè),公司創(chuàng )建于2017年自主創(chuàng )新的研發(fā)團隊掌握e-PTFE膜40+核心技術(shù),建立成熟的 ePTFE 膜制造、改性、復合、檢測、驗證的全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)制造能力?；谂蝮wePTFE氟元素微觀(guān)多孔膜主要產(chǎn)品系列有氫能質(zhì)子膜基膜、納米空氣過(guò)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(huán)境、空氣除塵過(guò)濾、超濾液體過(guò)濾、廢水處理、防水透氣產(chǎn)品、新能源汽車(chē)、燃料電池、功能紡織面料、防水透氣包裝等行業(yè)領(lǐng)域推出眾多創(chuàng )新產(chǎn)品。在燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃前景的推動(dòng)下，企業(yè)對加速氫能和儲能領(lǐng)域核心膜材料-質(zhì)子交換膜基膜的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，解決了我國氫能和儲能領(lǐng)域關(guān)鍵材料被國外卡脖子技術(shù)難題。

質(zhì)子交換膜材料簡(jiǎn)介

質(zhì)子膜，又稱(chēng)聚合物電解質(zhì)薄膜，實(shí)際是一種選擇性透過(guò)膜，功能是傳遞質(zhì)子，此外還起到隔離燃料與氧化劑，防止滲透引起直接化學(xué)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(gè)燃料電池堆的10-20%。

質(zhì)子交換膜根據含氟情況進(jìn)行分類(lèi)，主要可分為全氟質(zhì)子交換膜、部分氟化聚合物膜、無(wú)氟質(zhì)子交換膜、復合膜四類(lèi)。目前全氟磺酸質(zhì)子交換膜和復合質(zhì)子膜已經(jīng)實(shí)現商業(yè)化，成為市場(chǎng)上重要的燃料電池隔膜材料。

質(zhì)子膜交換膜的基本結構和發(fā)電原理如下所示：

質(zhì)子膜交換膜燃料電池反應原理

單電池主要由膜電極（陽(yáng)極Anode、陰極Cathode、質(zhì)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(jìn)入陽(yáng)極和陰極，經(jīng)擴散層到達催化層和質(zhì)子交換膜的界面，分別在催化劑的作用下發(fā)生氧化和還原反應。

陽(yáng)極：H2---->2H++2e-

陰極：1/2O2+2H++2e----->H2O

電池總反應：H2+1/2O2---->H2O

在陽(yáng)極，氫氣發(fā)生電化學(xué)反應生成氫離子和電子，其中氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜傳導到陰極（質(zhì)子交換膜的特有屬性使其只允許氫離子通過(guò)），電子通過(guò)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(zhì)子膜是燃料電池的核心部件，簡(jiǎn)化來(lái)說(shuō)，就是一種10~200um的薄膜。質(zhì)子交換膜的重要特征就是只允許氫離子通過(guò)，不容許氫氣及電子通過(guò)。對質(zhì)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(fā)質(zhì)子交換膜的過(guò)程中，主要綜合考慮以下方面：

1 厚度及單位面積質(zhì)量

質(zhì)子交換膜的厚度和單位質(zhì)量與其電阻大小直接相關(guān)，減小厚度和單位質(zhì)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(zhì)子交換膜的厚度過(guò)低，會(huì )影響其抗拉機械強度性能。

2 抗拉機械強度

抗拉強度與質(zhì)子交換膜的厚度成正比關(guān)系，同時(shí)也與內部的工作環(huán)境有關(guān)。因此，在設計開(kāi)發(fā)質(zhì)子交換膜時(shí)，要綜合考慮其電阻值與抗拉強度，進(jìn)行反復的優(yōu)化設計，找到合適最匹配的厚度值。

3) 含水率

單位干膜質(zhì)量的含水量稱(chēng)為質(zhì)子交換膜的含水率。含水率對質(zhì)子傳到能力有較大影響，同時(shí)也會(huì )影響氧氣在質(zhì)子交換膜中溶解擴散。含水率越高，質(zhì)子交換膜擴散因子和滲透越大，質(zhì)子膜的電阻也隨之下降，但要注意的的事會(huì )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(zhì)子交換膜的形變特性。溶脹率高，在水合和脫水時(shí)會(huì )由于膜的溶脹而造成電極的變形和質(zhì)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(zhì)子交換膜的時(shí)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(cháng)，要經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化綜合的得到“理想點(diǎn)optimum point“。

優(yōu)可發(fā)用于質(zhì)子交換膜ePTFE基膜

目前質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)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(lái)制備增強型復合質(zhì)子膜是一種先進(jìn)的質(zhì)子交換膜制備技術(shù)。通過(guò)復合的形式引入機械穩定性更強的ePTFE材料，可才保證質(zhì)子交換膜機械強度和尺寸穩定性的同時(shí)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(guò)抑制膜平面方向的溶脹，來(lái)降低PEMFC燃料電池運行中因干/濕循環(huán)引起的機械應力及其帶來(lái)的膜損害。因此該類(lèi)質(zhì)子交換膜在PEMFC干、濕循環(huán)過(guò)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(gè)數量級，與純PFSA膜相比，可以實(shí)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(yōu)點(diǎn)，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(zhì)子傳導面阻。通過(guò)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(yè)化代表就是GORE膜。

蘇州優(yōu)可發(fā)新材料科技有限公司也基于增強復合膜的制備理念開(kāi)發(fā)了高機械強度、高孔隙率、獨特的纖維結構ePTFE基膜以及有著(zhù)更好的PFSA離子交聯(lián)聚合物填充效果。以下表格為蘇州優(yōu)可發(fā)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ePTFE多孔膜性能數據對比國內外典型商業(yè)化的ePTFE多孔膜膜供參考。

截至目前中國眾多質(zhì)子交換膜企業(yè)已接受優(yōu)可發(fā)產(chǎn)品，并被國內行業(yè)龍頭企業(yè)評價(jià)通過(guò)，列為合格供應商。優(yōu)可發(fā)將堅守“通過(guò)持續的創(chuàng )新，生產(chǎn)極致產(chǎn)品及保證其品質(zhì)穩定性，滿(mǎn)足全球客戶(hù)不斷變化的需求”, 加快核心技術(shù)的壁壘構建，打破核心材料國外產(chǎn)品壟斷邁出關(guān)鍵的第一步，并助力國內產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)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(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。不忘持續為人類(lèi)健康、社會(huì )環(huán)保做出貢獻的初心,帶著(zhù)對夢(mèng)想永恒追求，優(yōu)可發(fā)將砥礪前行,不斷努力,為人們創(chuàng )造一個(gè)更加美好的生活，讓世界更加精彩。