氢燃料电池的基本原理及电堆核心技术材料的介绍（粘接胶带定制化）

 引言：

日本为什么停止氢燃料电池?原因在于日本对氢能源专利的垄断局面，迫使中美欧车企不得不放弃该技术路线，因为明显会被掐脖子，而日本本土市场小，凭一己之力根本撑不起氢能源车的整个产业链，在产业生态上与纯电动的距离越来越大，最终迫使日本停止氢燃料电池车路线。

 

氢燃料汽车到底行不行？日企相继宣布暂停研发，吉利却已推出氢能重卡。2021年开始，先是日产，再是本田，自上个世纪就大力投入氢燃料电池研发的日本车企们，相继宣布停止氢燃料电池的研发计划。不过，吉利作为第二大股东的沃尔沃重卡今年6月却突然宣布，将开始测试全球首款氢燃料卡车——HX04。

 

据资料显示，该款氢燃料重卡续航达1000公里，相比于其他仅400公里续航的市政纯电卡车，HX04在续航方面可谓是降维打击。

氢能源燃料电池的基本原理

氢能源燃料电池的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。一、氢能源燃料电池优势氢能源燃料电池对环境无污染，它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式，最典型的传统后备电源方案，燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。二、氢能源燃料电池技术特点氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。事实上，氢燃料电池的历史非常早。第一块燃料电池是1845年由英国科学家威廉 · 格罗夫制造的，制造时间是道光二十五年。他证明了在一定条件下，氢和氧的结合会产生电流，就像产生水一样。

格罗夫电池当然，他是站在巨人的肩膀上的。此前70年，卡文迪许就研讨了氢气加氧气酿成水的进程；此前50年，尼克尔森（William Nicolson）就研讨了方才水人进程的逆反应，也便是电解水生成氢气和氧气。威廉·格罗夫的成就是发现氢和氧不需要火焰就可以制造水，而且在这个过程中会产生电流。

格罗夫电池示意图三、氢燃料电池的原理给燃料动力电池的负极材料提供一个氢气，正极进行提供大量氧气，然后在正负极相互之间加一层膜。在催化剂的作用下，氢原子外层的电子会游离出来，变成独立电子+氢离子。而那层膜是非常特殊的，只有两个氢离子结合才可以同时通过，而电子则会被阻挡在膜外。由于存在氢离子实际上我们就是一种质子，所以那层膜也叫“质子交换膜”。由于电子是通不过这层膜的，所以他们会在膜的一边越聚越多。如果在电子聚集的地方接一根导线，通到正极，电子就会在工作电压的驱使下嗖嗖嗖地跑过去。而这，就是提高电池在输出控制电流。
透过膜的质子与正氧反应生成水并放出热量。这些都是氢燃料电池的副产品。由于一层膜左右两侧的压差比较小，通常我们只有0.5V-1.0V，所以只要把正负极夹着一层膜的结构可以叠加至几百层，就能不断得到发展需要的高电压。在这个电池里，是没有其他任何火焰会呈现的。不过，为了能够保证研究催化剂的活性，在电动车企业使用的燃料动力电池技术类型中，电池的工作环境温度在90摄氏度左右。其实，这比很多传统燃油汽车发动机的温度要低很多。这个发展过程中，化学能转化为一种电能的效率最高可以达到80％，远比内燃机的40％高得多。当然，还有其他类型的氢燃料电池，不仅仅是质子交换膜，它们有不同的反应物和电解质。比如航天用燃料电池的电解液就是氢氧化钾。以熔融硅酸盐、氧化锆和磷酸为电解质的氢燃料电池都用于发电站。这种用于氢燃料电动汽车的电池是一种相对较晚出现的新型氢燃料电池。

中国汽车品牌蓄力发展氢燃料电池技术路线

除了沃尔沃，如今东风、红岩、尼古拉、现代等一众国内外厂商也都纷纷入局氢燃料卡车。为何同在氢燃料车领域，行业“鼻祖”日本车企选择放缓，而其他“跟随者”却在加速呢？

氢燃料电池，早在上世纪60年代就成功应用于航天领域，70年代开始应用于汽车。在氢燃料电池堆栈中，负极的氢原子中的一个电子被催化剂剥离出来，它在通过里面的质子交换膜去往正极的过程中被拦下，于是只能通过外部电路到达正极，这就形成电流，为汽车提供电能。氢燃料电池汽车相比于传统燃油车，比较特殊的几个部件就是高压储气罐、氢燃料电池堆栈、燃料电池升压器等。

 

氢燃料汽车在清洁度、能量转换率等方面优势明显，得到日本、韩国、美国等众多国家的青睐，开始拿出家当投入研究。但是氢燃料汽车的发展过程并没有那么顺利。在实际落地时各国发现，因为要配备相应的高压储气罐，氢燃料乘用车的重量要比传统燃油车重出200多斤。制造成本更是多出5倍以上，加上加氢站的巨大建造成本等因素，没有特殊的政策支持，氢燃料乘用车很难形成产业化。然而，乘用车的“兄弟”——卡车却在此时接过了氢能的接力棒，就此，氢燃料卡车问世了。

氢燃料卡车的优势：不同于乘用车，卡车一般承担物流运输等工作，行驶路线相对固定，因此需要配置的加氢站数量较少。而且卡车体积大，整体重量更大，200斤的高压储气罐对一辆卡车而言不值一提。可以说，氢燃料卡车在一定程度上调和了燃油卡车和纯电卡车各自的不足，一经推出便被热捧。比如专注于氢燃料卡车和加氢站的美国车企尼古拉，成立短短5年不到，便在纳斯达克敲钟上市。

 

尼古拉的成功，炸街一般吸引了资本的目光，这样主要有赖于它的几项优点：

1、消灭纯电车的里程焦虑：氢燃料卡车和纯电车同为新能源车界宠儿，但是纯电卡车共有的里程焦虑让人望而却步。奔驰此前宣布的首台纯电卡车eActros，续航里程才400km，而斯堪尼亚今年推出的纯电卡车45R，续航也只有350km。而且，纯电卡车的充电时间短则1个小时，长则7、8个小时，严重限制卡车货运效率。相比而言，氢燃料卡车在这方面则要优秀得多，续航里程几乎和燃油卡车比肩，1000km都是标配。另外，氢燃料卡车加氢时间足够快。例如沃尔沃的这款HX04，7分钟可加氢12kg，增加4小时续航，即使全部加满，也仅需15分钟。

2、能量转换效率高：燃油卡车是将柴油等经过发动机燃烧，热能转换为机械能。此过程中，柴油燃烧不充分、气缸散热大、高温废气排出以及机械摩擦等，都会造成大量的能量损失，以至于能量转换率仅有30%-50%。

 

而纯电卡车更是表现平平。纯电卡车的能量需要经过三次转换，分别是发电厂的火电、风电等转换、电力传输以及车内电池化学能转为机械能，整体换算下来，能量转换率也大致在30%-40%之间。氢燃料卡车相比于纯电卡车省去了电力传输的环节，相当于在车上安装了氢能发电机，能量损失大大降低，转换率达到惊人的60%-80%，这是大部分动力装置都难以企及的。

3、燃料成本相对较低：一般氢燃料卡车百公里耗氢1kg左右，氢价40元/kg，所以百公里成本40元左右，相比于柴油卡车的百公里将近50元，便宜20%。同时，相比较主要依靠火力发电的纯电，和依靠汽油燃烧的油车，氢燃料车则是将两个单位氢气和一个单位氧气结合成水，全程几乎没有任何污染，是真正清洁能源。沃尔沃和吉利便是在这样的背景下，开始重金“押注”氢燃料重卡的。

 

道阻且长，未来可期

虽然氢燃料卡车的众多优势让人直呼真香，但是其发展道路也并不会那么顺畅，仍有很多痛点需要解决。

第一、安全性问题：氢气是易燃易爆的气体，1986年美国的“氢气球爆炸惨案”还历历在目，因此人们对于氢能的安全性十分担忧。不过，氢气在空气中的浓度处于4%-75.6%之间时，遇到火源才会爆炸。而氢燃料卡车即使发生氢气泄漏，也会迅速扩散到空气中，很难达到这个浓度，爆炸的可能性不大。

第二、车辆成本：根据氢气委员会（Hydrogen Council）的报告，在全球范围内开发加氢站网络，以及运输氢燃料的基础设施，成本大约需要300亿美元，而开发可再生氢气还需要200亿美元。这也是很多日企暂缓氢燃料车研发的主要原因。

 

对于氢燃料卡车来说，燃料电池系统和储氢系统占整车成本的65%以上，而纯电卡车的电池成本仅占40%。高昂的成本，是限制氢燃料卡车发展的重要因素。

第三、加氢站太少：加油站随处可见，加氢站寥寥无几。目前我国规划建设大约120座加氢站，已经建成的有51座，而正常运营的仅有41座。如此稀少的数量，导致氢燃料卡车只敢在特定的区域或路线使用，成为其发展路上的绊脚石。

在能源、环境等问题层出不穷的当下，人类急需清洁、高效、可再生的能源为世界的发展蓄力，很显然，氢燃料是最有潜力的“种子选手”。

中科院院士沈学础曾表示：“氢燃料车是汽车产业的新高峰！”可见，即便日本车企们暂缓了氢燃料车的研发进程，但却阻挡不了学术界，以及其他重卡车企们对氢燃料车的热衷。

 

而作为全球率先推出氢能重卡的吉利，其“掌舵人”李书福能否带领吉利打赢这场新能源争夺战的后半程，让我们拭目以待。

中国氢燃料电池电堆技术正在快速发展

燃料电池电堆是燃料电池系统中的核心构件，由膜电极、双极板、集流板、绝缘板、端板和紧固件等组成，起到为燃料电池发动机提供动力的作用，其成本约占燃料电池系统成本的65%左右。一般而言，理想的燃料电池电堆需要具备高功率密度、长使用寿命、良好的低温启动能力和低成本等特性。

 

按照双极板类型不同，燃料电池电堆可分为石墨板电堆和金属板电堆两种。石墨板电堆的优势在于耐腐蚀，寿命长，金属板电堆的主要优点在于功率密度高，因此，目前市面上的大功率电堆以金属板电堆为主，主要应用于乘用车，中小功率电堆以石墨板电堆为主，主要面向于商用车。

（2021国产电堆出货TOP10企业 来源：高工氢电网）

 

国鸿氢能：广东国鸿氢能科技有限公司成立于2015年6月，是国内领先的氢燃料电池电堆生产商，其车用电堆产品自2017年开始连续5年国内市占第一。产品包括柔性石墨双极板、石墨（复合）板电堆、燃料电池系统、燃料电池空气过滤器等。由其研发的最新一代电堆产品鸿芯GIII单堆输出功率超过200kW，比功率密度超过4.5kW/L，可在零下35℃低温启动，使用寿命超30000小时，可满足乘用车和重卡、自卸车等商用车的使用需求。此外国鸿氢能推出的电堆产品还包括2.4kW-4.8kW风冷电堆产品鸿枫G、6-84kW液冷电堆产品鸿芯GI。公司电堆产品目前覆盖全国20省40地市，实现近5000辆商用车用氢燃料电池系统的交付使用，覆盖客车、货运车、轨道交通、船舶、备用电源等领域。

氢晨科技：上海氢晨新能源科技有限公司成立于2017年，主营大功率燃料电池电堆、PEM电解槽和膜电极等基础零部件等的研发生产、销售，现已累计完成3轮融资。核心技术依托于上海交通大学与临港集团科技成果转化，掌握大功率电堆核心材料与核心部件的研发与制造技术，形成了近200项专利的完整知识产权体系。其燃料电池电堆产品采取金属板路线，现已开发出80kW、100kW、120kW、150kW、230kW五款车用燃料电池电堆，应用于商用车、公交车、BRT和重卡等场景，客户包括东风、长城、中车、北汽、万象等，另有单堆300kW产品即将发布。此外，氢晨科技还开发有适用于叉车、船舶、发电等特殊场景的燃料电池电堆。

神力科技：上海神力科技有限公司成立于1998年，主营燃料电池电堆及其测试设备的研发生产和销售，在燃料电池电堆方面拥有178项自主知识产权，现已累计完成5轮融资。由神力科技研发的燃料电池电堆类型为石墨板电堆，额定功率覆盖10kW-150kW，运用于大巴，卡车，乘用车、固定式电站、船舶等领域，其中SFC-BP9系列可实现-35℃无辅热低温冷启动，堆芯功率密度达4kW/L，设计寿命超过15000小时。合作伙伴有上汽、上海大众、郑州宇通、北汽福田、中通客车、中国中车、上海申龙、苏州金龙、奇瑞、长城等主机厂。

爱德曼：爱德曼氢能源装备有限公司成立于2016年，是一家氢能源燃料电池系统供应商，产品包括金属双极板、膜电极、金属板电堆等。具备核心装备、核心零部件（双极板、膜电极）及系统自研自产的能力，开发量产了30kW-233kW电堆系列产品，完成共8次产品迭代，其中最新一代233kW单电堆燃料电池体积功率密度5.18kW/L，已通过国家机动车检测中心强检，将应用于大载重重型卡车。

清能股份：江苏清能新能源技术股份有限公司成立于2003年，是一家大功率燃料电池电堆和系统供应商。主要研发及生产基地在中国，并在新加坡、美国、澳大利亚等地设有多家子公司。采用“钛板+石墨板”复合电堆，重点发展以商用车为主的燃料电池电堆及系统，出货产品以大功率为主，国外市场出货量占总电堆出货量30%。由清能股份研发的第三代复合板水冷电堆， 单堆额定功率达250kW，体积功率密度4.7kW/L，低温自启。

氢璞创能：北京氢璞创能科技有限公司成立于2010年，是一家燃料电池研发商，致力于水冷燃料电池和甲醇制氢技术的研发和产业化，拥有近60项燃料电池电堆及生产线发明专利，成立至今累计完成两轮融资。开发有基于碳复合板技术的墨系列电堆产品和基于金属板的鈊系列电堆产品，墨系列电堆产品已开发完成5轮迭代，主要面向商用车，额定功率18kW到50kW，功率密度超过2.0kW/L，支持-30℃冷启动。鈊系列电堆产品完成3轮迭代，额定功率超过100kW，功率密度超过4kW/L，适用于乘用车。氢璞创能在全国共有3条生产线，燃料电池电堆单班产能可达100MW，双班产能可达200MW。

潍柴动力：潍柴动力股份有限公司成立于2002年，是我国柴油发动机的龙头企业，公司自2016年开始通过一系列收购、参股、合作完成了对氢燃料电池的全产业链布局。潍柴动力生产的电堆类型为模压柔性石墨板电堆其最新一代的燃料电池堆功率密度达到4.0kW/L，寿命超过30000小时，可实现零下30℃无辅热低温启动。目前公司氢燃料电池产品已批量投放市场，主要应用于卡车、客车、发电及叉车等市场。

国电投氢能：国家电投集团氢能科技发展有限公司成立于2017年5月，是首家以氢能为主业的央企二级科技型企业，旗下拥有7家氢能产线子公司，分别在华东、华中、华南等地建设氢能产业基地，主要从事氢燃料电池关键技术研发和产品制造、氢能动力系统开发、制储氢关键技术研发等。已实现催化剂、膜电极、扩散层、金属双极板、电堆组装等关键技术、材料和部件的自主化，由其研发生产的氢腾FCS80电堆额定功率115kW，可实现零下30℃低温启动，并被搭载于2022年的北京冬奥会氢能交通示范车辆中。

东方氢能：东方电气（成都）氢燃料电池科技有限公司成立于2018年，是能源装备制造国企东方电气旗下的燃料电池供应及服务商，产品包括膜电极、电堆、燃料电池发动机、供氢系统、燃料电池车辆动力总成解决方案等。电堆方面，东方电气生产的电堆类型为机加工石墨板电堆，同时公司瞄准长寿命技术，由东方电气研发的长寿命电堆功率密度超过2.5kW/L，实测寿命超过10000h，应用于交通（车辆、船舶、无人机）、航天、分布式发电和备用电源等领域。

航天氢能 ：航天氢能（上海）科技有限公司成立于2020年，由上海空间电源研究所联合上海中振、重塑能源共同发起成立，定位为氢电能源综合解决方案提供商，掌握自主知识产权燃料电池电堆及金属双极板、膜电极组件等关键技术，核心产品为金属双极板电堆，产品涵盖65kW到150kW，空冷金属板电堆涵盖1.2kW到30kW。

新源动力：新源动力股份有限公司成立于2001年4月，大连物化所参股并提供技术支持，主要从事氢燃料电池膜电极、电堆模块、系统及相关测试设备的设计开发、生产制造和技术服务。其电堆系列已完成4次产品迭代，由新源动力研发的M7平台电堆产品功率范围覆盖80kW到300kW，基于该平台电堆可开发60kW到245kW级系统。燃料电池电堆 HYMOD -200M7额定功率200kW，体积比功率密度6.0kW/L，可实现-40 ℃无辅助加热快速冷启动，设计寿命超过20000小时。合作伙伴包括上汽、一汽、东风、广汽、长安。

天能氢能源：浙江天能氢能源科技有限公司成立于2021年，是天能股份有限公司为推进氢能产业发展而专门设立的子公司，现已经推出30kW、40kW、60kW、80kW石墨板电堆及百千瓦级（100kW到150kW）大功率金属板电堆。150kW燃料电池模块（TN-STK-M1-150）顺利通过国家机动车产品质量检验检测中心强检。应用方面，天能氢能源T60-C燃料电池电堆产品已成功适配南京金龙燃料电池低入口城市客车，并入选工信部第345批公告；所配套的吉利商用车“远程牌”燃料电池城市客车也已上榜工信部第350批公告；配套的8台公交大巴将在浙江长兴龙之梦专线进行示范运营。2022年10月，天能氢能源与格润时代签订战略合作协议，共同推进氢能源工程机械的开发与推广。

雄韬氢瑞：雄韬氢瑞是深圳市雄韬电源科技股份有限公司全资子公司，成立于2017年，负责氢燃料电池电堆与系统的研发生产，具备国产化氢燃料电池完整产业链。雄韬氢瑞生产的电堆产品主要有石墨板电堆、金属板电堆两类，其中大功率第一代石墨板电堆单堆额定功率42kW到84kW，功率密度3.5kW/L，寿命突破1.5万小时，999元/kW限额发售。今年5月，雄韬氢瑞还发布了针对乘用车需求研发的第一代金属板电堆W1.0，功率密度达到5.4kW/L，寿命突破1万小时。此外，公司还在碳纸电堆这一新型电堆类型上拥有技术储备，其体积功率密度可达5kW/L，寿命可达20000h，但目前还处于初级研发阶段。雄韬氢瑞现有电堆年产能5000套，预计到2025年实现新增电堆产线5条。

捷氢科技：上海捷氢科技股份有限公司成立于2018年6月，是上汽集团旗下的氢燃料电池研发生产商，具备膜电极的自主研发生产能力，现已完成多款燃料电池电堆和燃料电池系统的产品开发，功率涵盖6kW到260kW。其燃料电池电堆产品捷氢启源M4H，电堆额定功率为163kW，额定功率密度为4.2kW/L。客户包括海格客车、荣威、陕汽集团、上汽大通、东风华神、申龙客车、吉利汽车、江汽集团等。2021年3月，捷氢科技旗下总投资5亿元的燃料电池项目启动，建成后可实现12000台套燃料电池电堆和系统的产能。

新研氢能：北京新研创能科技有限公司成立于2017年，是一家氢燃料电池开发商，在北京、大连、大同三地设有子公司，产品包括金属双极板、2kW-220kW电堆模块、36kW-160kW车用燃料电池系统及500W-300kW测试台等。2021年以来，新研氢能完成85kW和115kW金属板电堆的开发，利用90kW双堆结构开发出180kW级燃料电池模块；单电池均一性良好，电堆功率密度4.4kW/L。大同新研产业基地现已形成年产1000套百千瓦级金属板电堆的产能。

明天氢能：安徽明天氢能科技股份有限公司成立于2017年，是一家燃料电池生产商，产品包括金属板电堆及其核心零部件（双极板、膜电极）和燃料电池动力系统等。核心技术来源于中科院大连化物所和同济大学。由明天氢能科开发的金属板电堆功率范围覆盖20-100kW，氢气利用率大于90%，可以根据用户需求进行不同型号车用电堆及发电用燃料电池模块的开发、研制。现已建成年产能一万台套燃料电池电堆和系统的工厂。

骥翀氢能：上海骥翀氢能科技有限公司成立于2018年，是一家车用氢燃料电池电堆解决方案供应商，业务涵盖电池电堆定制开发、销售及技术服务等，成立至今累计完成3轮融资。由骥翀氢能自主研发的金属双极板电堆MH170额定功率达160kW，裸堆体积比功率密度达4.7kW/L，可在无辅助热源条件下-39℃启动，已应用于垃圾清运车和31吨水泥搅拌车等重卡车型。第二代产品MH290单堆额定输出功率将超过250kW，将于年内完成样机开发。现已在江苏张家港建成年产能200Mw金属双极板及电堆生产线。

高成绿能：浙江高成绿能科技有限公司成立于2006年，主要从事氢燃料电池及系统产品和制氢设备的研发、生产及销售，拥有从催化剂、膜电极、电堆到燃料电池系统全产业链核心技术和自主知识产权，电堆出货类型为石墨板电堆。由高成绿能开发的风冷燃料电池堆功率覆盖25W到24kW，已用于无人机、备用电源、观光车等领域，并实现了产品出口；液冷燃料电池堆功率覆盖10kW到200 kW，采用阴极自增湿技术和宽压力操作设计，主要应用于大中型车载动力、固定电站、移动发电站等领域。

锋源氢能：浙江锋源氢能科技有限公司成立于2015年，是一家氢燃料电池以及核心零部件生产制造商，目前已完成四轮融资。公司获得清华大学氢燃料电池实验室多项核心专利的转移和授权，并承担其产业化任务。锋源氢能生产的电堆产品主要有石墨板电堆、金属板电堆两个系列，FY06系列氢燃料电池石墨板单堆功率可达80-135kW，金属板单堆功率为100-200kW。锋源氢能现已建成投资近亿元的燃料电池电堆生产基地，设计年产能为2000套。

南科燃料：深圳市南科燃料电池有限公司成立于2016年6月，由加拿大国家科学院王海江院士团队、南方科技大学、深圳市政府、正道产业投资集团合资设立。产品包括燃料电池电堆、膜电极、双极板等，由南科燃料开发并产业化的MP03型石墨电堆单堆额定功率达到130 kW，功率密度3.7kW/L以上。通过梳理可以看到在性能指标上，国内燃料电池电堆企业整体正在沿着大功率和长寿命的方向快速发展，氢晨科技、爱德曼和国鸿氢能在今年还发布了单堆功率超过了200kW的产品，相比于2019年左右100kW的标准线，氢燃料电池电堆产业整体正在快速升级。此外，随着技术迭代速度的提升和新入局者增加，氢燃料电池电堆市场集中度也有所下降，但幅度不大，top5的市场地位仍比较稳固。GGII数据显示2022H1电堆市场CR5为60.8%，较上年同期下降3.5%，CR10为87.9%，较上年同期下降4.2%。

氢燃料电池电堆核心技术材料

氢能是未来重要的能源形势，其能量密度是石油的3倍、煤炭的4.5倍，未来的地位有望与化石资源比肩。氢燃料电池是氢能的转化装置，以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置。燃料电池从汽车的技术构架来讲，可以分为4个层次，从最外面的是燃料电池和整车，接下来一层是燃料电池动力系统，再下来一层是燃料电池系统、最里面一层是燃料电池电堆，电堆的6个关键技术如下：

质子交换膜燃料电池电堆构成

燃料电池电堆是氢能源车的“心脏” ，燃料电池电堆主要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板，以及其他结构件如密封件、端板和集流板等组成。膜电极与其两侧的双极板则组成燃料电池的基本单元。

成燃料电池电堆成本占据燃料电池系统成本60%以上，相比国外燃料电池电堆，国内电堆在核心材料与关键技术方面仍存在短板，关键材料与核心零部件国产化为降本关键。

 

质子交换膜

质子交换膜也称为质子膜或氢离子交换膜，是一种离子选择性透过的膜，在电池中起到为质子迁移和传输提供通道、分离气体反应物并阻隔电解液的作用。从膜的结构来看，PEM 大致可分为三大类：磺化聚合物膜，复合膜，无机酸掺杂膜。目前研究的 PEM 材料主要是磺化聚合物电解质，按照聚合物的含氟量可分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜以及非氟质子交换膜等。

从膜的结构来看，PEM 大致可分为三大类：磺化聚合物膜，复合膜，无机酸掺杂膜。目前研究的 PEM 材料主要是磺化聚合物电解质，按照聚合物的含氟量可分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜以及非氟质子交换膜等。

针对车用燃料电池的要求，重点突破高温低湿条件下应用的质子交换膜的产业化技术；结合酸性膜和碱性膜的发展，创新双性膜等应用技术。燃料电池中的氧化还原反应，在热力学上是自发进行的，但反应物与产物之间通常存在活化能的能垒，导致其动力学过程缓慢。燃料电池催化剂起到降低电极反应活化能、提高反应速率的作用，是燃料电池的关键材料和运行保障。根据电极的不同，PEMFC的催化也不同，系统中阳极催化剂通常针对的是不同的燃料，使用的是抗毒性较强，稳定性较高并且活性高的电催化剂，阴极电催化剂则主要考虑燃料渗透以及氧还原稳定性及电催化活性的问题。

构建Pt 基合金，利用配体电子效应优化氧吸附能，调控晶格常数，利用应力效应优化氧吸附能，调节表面 Pt原子的配位数及配位环境；构建核壳结构，提高 Pt 原子利用率，同一催化剂中往往存在多种上述效应。燃料电池电堆成本占据燃料电池系统成本60%以上，相比国外燃料电池电堆，国内电堆在核心材料与关键技术方面仍存在短板，关键材料与核心零部件国产化为降本关键。

 发生在气体扩散层上的过程有：热转移过程、气态输运过程、两相流过程、电子输运过程、表面液滴动力学过程等，气体扩散层的主要功能包括实现气体在催化剂表面的扩散，支撑催化剂、导通电流、排除反应生产水等。基底层材料通常选用能导电的碳纤维纸及碳纤维布，它的宏观有序或微观无序排列的纤维结构为气体及水的传导建立孔隙结构。GDL 的厚度、表面预处理会影响传热和传质阻力，是整个氢燃料电池系统浓差极化、欧姆极化的主要源头之一；通常以减小 GDL 厚度的方式来降低浓差极化、欧姆极化，但也可能导致 GDL 机械强度不足。研制亲疏水性合理、表面平整、孔隙率均匀且高强度的 GDL 材料，是氢燃料电池关键技术。

 膜电极是电化学反应的场所，是传递电子和质子的介质，为反应气体、尾气和液态水的进出提供通道，涉及三相界面反应、复杂的传质传热过程。决定燃料电池的性能、寿命和成本。

艺膜电极是由阳/阴极气体扩散层、阳/阴极催化剂、质子交换膜构成的五合一结构。

实现CL中催化剂载体、催化剂、质子导体 （Nafion) 等物质的有序分布，以此扩大三相反应界面、形成优良的多相传质通道，进而降低电子、质子及反应物的传质阻力，提高催化剂利用率。催化剂载体为有序的有机晶须；催化剂在晶须状有机体上面形成一层Pt基合金薄膜。

我国提出了“将于2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和”的发展愿景。积极发展氢能，引导高碳排放制氢工艺向绿色制氢工艺转变，是能源革新发展，实现碳达峰、碳中和的重要举措。

 

 

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一

定义

双面胶带是以纸、布、薄膜、泡棉等为基材，再把胶粘剂均匀涂布在上述基材两侧表面上而制成的卷状胶粘带，是由基材、胶粘剂、隔离纸（离型膜）三部分组成。根据基材的不同，有些基材在涂胶前需进行表面处理。由于基材及胶粘剂的选材广泛且能进行不同的组合，故双面胶带的种类比其他类型的胶带种类更多。双面胶带主要用途是把两个物件表面(接触面)粘贴在一起，根据实际要求分为临时固定及永久粘接。

 

二

结构
 

胶带可以粘东西是因为它表面上涂有一层粘着剂的关系！最早的粘着剂来自动物和植物，在十九世纪，橡胶是粘着剂的主要成份；而现代则广泛应用各种聚合物。粘着剂可以粘住东西，是由于本身的分子和欲连接物品的分子间形成键结，这种键结可以把分子牢牢地黏合在一起。

三

分类
 

有基材：有基材双面胶是以棉纸、PET、PVC膜、无纺布、泡棉、亚克力泡棉、薄膜~ ~等等为基材，双面均匀涂布弹性体型压敏胶或树脂型压敏胶、丙烯酸类压敏胶等，在上述基材上制成的卷状或片状的胶粘带，是由基材、胶粘剂、隔离纸（膜）部分组成。
 

无基材：无基材双面胶是在离型纸（膜）材料上涂有（弹性体型压敏胶或树脂型压敏胶、丙烯酸类压敏胶等）胶粘剂，制成的卷状或片状胶粘带，是由胶粘剂、隔离纸（膜）部分组成。

胶粘剂：分为溶剂型胶粘带(油性双面胶)、乳液型胶粘带（水性双面胶）、热熔型胶粘带、压延型胶粘带、反应型胶粘带。一般广泛用于皮革、铭板、文具、电子、汽车边饰固定、鞋业、制纸、手工艺品粘贴定位等用途。热熔双面胶主要用在贴纸、文具、办公等方面。油性双面胶主要用在皮具、珍珠棉、海棉、鞋制品等高粘方面。绣花双面胶主要用在电脑绣花方面。

 

四

双面胶带的种类和特点

双面胶带种类也很多：网格双面胶带、补强双面胶带、Rubber双面胶带、高温双面胶带、无纺布双面胶带、无残胶双面胶带、绵纸双面胶带、双面玻璃布胶带、PET双面胶带、泡棉双面胶带等，应用于各行各业的生产过程中。

双面胶带按胶性可分为溶剂型胶粘带(油性双面胶)、乳液型胶粘带（水性双面胶）、热熔型胶粘带、压延型胶粘带、反应型胶粘带。一般广泛用于皮革、铭板、文具、电子、汽车边饰固定、鞋业、制纸、手工艺品粘贴定位等用途。

双面胶带按用途分类为水性双面胶带，油性双面胶带，热熔胶双面胶带，绣花双面胶带，贴版双面胶带几种类别，水性双面胶的粘着力较弱，油性双面胶的粘着力强，热熔双面胶主要用在贴纸、文具、办公等方面。油性双面胶主要用在皮具、珍珠棉、海棉、鞋制品等高粘方面。绣花双面胶主要用在电脑绣花方面。贴版胶带主要用于印刷版材粘贴定位。

1、PET基材双面胶：耐温性好、抗剪切性强，一般长期耐温100-125℃，短期耐温150-200℃，厚度一般为0.048-0.2MM，适合于铭板、LCD、装饰品、装饰件的粘接。
 

2、无纺布基材双面胶：黏性及加工性好，一般长期耐温70-80℃，短期耐温100-120℃，厚度一般为0.08-0.15MM，适合于铭板，塑胶之贴合，汽车，手机，电器，海绵，橡胶，标牌 ，纸品，玩具等行业，家电和电子仪器零件组装，显示屏镜片。

3、无基材双面胶：具有优良的粘合效果能防止脱落与优异的防水性能，加工性好、耐温性好，短期可耐温204-230℃，一般长期耐温120-145℃，厚度一般为0.05-0.13MM，适合于铭板、面板、装饰件的粘接。

4、泡棉双面胶：指在发泡泡棉基材两面涂上强粘丙烯酸胶粘剂，然后一面覆上离型纸或离型膜而成的一种双面胶，如果两面都覆上离型纸或离型膜称之为夹心双面胶纸，做成夹心双面胶主要是为了方便双面胶冲型。泡棉双面胶具有粘着力强、保持力佳、防水性能好、耐温性强、防紫外线能力强的特性。发泡泡棉基材分为：EVA泡棉、PE泡棉、PU泡棉、压克力泡棉及高发泡。胶系分为：油胶、热溶胶、橡胶及压克力胶。

5、热熔胶膜：具有良好的一致性、均匀的粘接厚度，不含溶剂，易加工，对很多物体有良好的粘接性，厚度为0.1MM，颜色为半透明/琥珀色，热熔软化温度116-123℃。适用于铭牌、塑料、五金件的粘接，在不平整物体表面粘接也可获得好的效果，建议初始粘接条件为：温度132-138℃，粘接时间1-2秒，压力为10-20磅/平方寸。

 

TBF热熔胶膜 THERMAL BONDING FILM

一

定义

      热熔胶胶膜是一种带离型纸或不带离型纸的膜类产品，可以方便地进行连续或间歇操作。可广泛用于各类织物、纸张、高分子材料及金属粘合。

 

其优点是高黏着力、高耐候、耐水性、耐高温、抗紫外线，受控制的厚度，提供均匀的间距，长时间使用不会产生黄化 ( 黄变 )、剥离及变质的问题。

 

二

TBF的特性

1、具有良好的一致、均匀的粘接厚度；

2、易加工性，不含溶剂，易加工；

3、对很多物体有良好的粘接性；

4、厚度为0.1-0.203MM，颜色为半透明/琥珀色；

5、能冲切成精确的形状和尺寸，适用于纯人工或自动化应用。

 

三

TBF的种类
 

1.按照产品形态分类：热熔胶膜由于生产的工艺不同，所以产品形态有所区别，按照不同的形态，热熔胶膜可以分为有基材热熔胶膜和无基材热熔胶膜。有基材热熔胶膜指的是热熔胶膜需要附在基材上，基材有离型纸、PE膜等。有基材热熔胶膜也叫带纸胶膜或带PE膜胶膜，可用于需要背胶的工艺场合使用。有基材热熔胶膜一般使用涂布法生产，也可以使用流延法生产。无基材热熔胶膜顾名思义，就是不需要基材的热熔胶膜，产品外观极像塑料薄膜，但不同于塑料薄膜的是，它加热之后是有黏性的，而塑料薄膜没有。无基材热熔胶膜通常使用流延法和吹塑法生产，也可以使用有基材热熔胶膜通过剥离基材获得，但是成本较高，一般是没有流延和吹塑工艺的工厂干的。

 

2.按照产品主要成分分类：热熔胶膜的成分主要是基本树脂、增粘剂、增塑剂、还有一些其它助剂，其中占比最大的是基本树脂，基本树脂也是热熔胶膜命名的依据。热熔胶膜的成分多种多样，会根据具体需要粘接的材料做出适当的调整，但依据基本树脂的种类，大致可以分为EVA热熔胶膜、TPU热熔胶膜、PES热熔胶膜、PA热熔胶膜、PO热熔胶膜。

 

EVA热熔胶膜的主要成分是EVA，也就是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。EVA热熔胶膜是目前用量最大的热熔胶膜产品之一，这是由于EVA本身有着比较强的材料适应性，可粘结的材料种类比较多。EVA热熔胶膜在鞋材、汽车工业、装饰建材、包装等领域有着广泛的应用。
 

 

TPU热熔胶膜的主要成分是TPU，也就是热塑性聚氨酯。TPU热熔胶膜由于材料本省的特点，非常的柔软，而且有着比较强的防水性能。所以TPU热熔胶膜被应用得最多的是服装领域。如今的无痕服装、防水服等都有赖于TPU热熔胶膜的发展。

 

PES热熔胶膜的主要成分是PES，也就是聚酯。PES热熔胶膜对金属材料有着比较好的粘接性能，目前应用的比较多的是电子领域的一些元器件的粘接，和新能源领域材料的复合。

 

PA热熔胶膜的主要成分是PA，也就是聚酰胺。PA热熔胶膜有着比较好的耐高温性能，但耐低温性能比较差，在零下温度的条件下材料会变硬，失去韧性，需要做较多的改性处理。PA热熔胶膜目前主要应用在服装、包装等领域。

 

PO热熔胶膜的主要成分是聚烯烃，聚烯烃是一个大类的统称，主要包括聚乙烯和聚丙烯两种材料，也就是PE和PP。PO热熔胶膜有着比较好的综合性能，对金属材料也有这比较好的粘接性能。是一类在应用领域比较有潜力的热熔胶膜产品。

 

四
 

TBF的应用
 

粘合金属、塑料、纸张、木头、陶瓷、纺织物等多种材料，在不平整物体表面粘接也可获得好的效果；主要用于铭牌、塑料、五金件的粘接，电子产品金属外壳之粘合固定、补强板之粘合固定，智能卡、芯片式护照层压粘合，手机视窗框和前盖的粘接，相机电池槽的粘接等。

五
 

TBF的模切加工和粘接工艺

 

耐高温耐酸碱耐湿结构性粘接双面胶带CBF CNSTRUCTUAL BODNING

一

胶带简介

     热固双面胶带，初粘力低方便操作，经高温烘烤或热压后，可牢固贴合金属、玻璃、树脂膜等材料。固化时间短、减少工时提高生产效率。适用于热压、快速冲压、烘热熟化等工艺。

 

二

胶带特性

三

胶带结构

四

贴合固化方式及储存条件