前 言
质子交换膜做为燃料电池膜电极的核心材料，其主要功能是传导质子、阻隔阳极燃料和阴极氧化物发生互串，作为催化剂或膜电极支撑材料的作用。质子交换膜性能好坏直接决定氢燃料电池的性能和使用寿命，理想的质子交换膜需具有以下性质：
表1 理想质子交换膜性能
性能 | 备注 |
气体渗透性低 | 阻隔燃料和氧化剂的作用 |
高的质子传导率 | 保证在高的电流密度下，膜的欧姆电阻降低，以提高电池效率 |
较好的化学和电化学稳定性 | 耐酸碱性、耐氧化性等，以保证电池的工作寿命 |
热稳定性好 | 承受在电池加工和运行中不均匀的热量冲击 |
干-湿转换性能好 | 膜的尺寸稳定、含水量等具有很好的干-湿转换性 |
机械性能好 | 耐磨损，高温、高湿环境下，不易热降解、溶胀率低。 |
合适的性价比 | 降低成本满足商业化需求 |
资料来源：高工产研氢电研究所（GGII）整理
PEMFC燃料电池最早使用的质子交换膜是聚苯乙烯磺酸膜，在它作为Gemini航天飞机的动力装置运行时，质子交换膜在燃料电池运行时发生降解，使电池性能下降，并且污染电池产生的水，电池寿命仅为300h，因此限制PEMFC的发展。20世纪70年代初美国的Dupont公司推出Nafion全氟磺酸质子交换膜，由于它表现出高的机械强度、优良的稳定性和高的质子传导率，使得PEMFC呈现飞跃发展。
目前，质子交换膜按其氟含量，可将其分为全氟质子交换膜、部分氟化质子交换膜、无氟质子交换膜。全氟磺酸质子交换膜是已经商品化的燃料电池隔膜材料。市场上应用最广泛应用的是美国Dupont的Nafion膜。Nafion膜具有化学稳定性强、机械强度高、在高湿度下导电率高、低温下电流密度大等优点，另外其还有两个独特的优点：①是它的质子传导电阻小；②氧在其上的还原速度明显快于其它中酸性电解质。但是它的一些缺点也同样成为制约质子交换膜燃料电池发展的因素之一，如中高温时的质子传导性能差、对温度和含水量要求较高、用于直接甲醇燃料电池时甲醇渗透率过高、全氟物质合成和磺化困难、成膜困难、价格较高。
车用氢燃料电池的耐久性是制约其商业化的主要技术挑战之一。质子交换膜是决定质子交换膜燃料电池性能的关键因素，为进一步提高PEMFC的性能，加速PEMFC的商业化进程，必须对现有的质子交换膜进行改进，以提高膜的质子交换容量、降低膜厚度以减小膜电阻、提高高温时膜的电导率、降低膜的制作成本、降低甲醇渗透率等。
目前商品化的氢燃料电池电池质子交换膜主要有杜邦的Nafion膜（Nafion117、Nafion115、Nafion112等）、比利时苏威（Solvay）的Aquivion膜，美国陶氏（Dow）化学的XUS-B204膜，日本旭硝子的Flemion膜、日本旭化成的Aciplex膜和日本氯工程的C膜以及巴拉德的BAM系列膜等，国内山东东岳集团的DF260膜。
表2 质子交换膜主要生产厂家及产品
企业 | 国家 | 产品 |
杜邦（Du Pont） | 美国 | Nafion系列膜 |
陶氏化学（Dow Chemical） | 美国 | XUS-B204膜（停产） |
3M公司 | 美国 | 全氟磺酸系列 |
旭化成（Asahi Chemical） | 日本 | Aciplex系列膜 |
旭硝子（Asahi Glass） | 日本 | Flemion系列膜 |
戈尔（Gore） | 美国 | Gore-Select系列膜 |
Ballard | 加拿大 | BAM型膜 |
Solvay | 比利时 | Solvay系列膜 |
东岳集团 | 中国 | DF260膜 |
武汉理工新能源 | 中国 | WUT PEMs膜（复合膜） |
国内东岳集团和上海交通大学合作开发的DF260膜，膜厚15微米，拉伸强度350兆帕，电输出性上到560毫伏，耐久性大约6千小时。该膜在2016年12月时获得AFCC颁布的技术达标奖，该奖只有戈尔公司和东岳集团获得。
在2017年的美国能源部公布的用于交通运输的质子交换膜研究进展中表示，2017年3M公司合成的纳米纤维膜已经满足美国能源部计划中2020年质子交换膜的各项技术指标。
表3 3M公司的膜与DOE的性能指标对比
性质 | 单位 | 2017&2020 目标 | 3M MS#8 PFIA-S(10 微米) |
面比质子电阻： | |||
120℃，PH2O 40 kPa | Ohm cm2 | 0.02 | 0.054 |
120℃ PH2O 80 kPa | Ohm cm2 | 0.02 | 0.019 |
80℃ PH2O 25 kPa | Ohm cm2 | 0.02 | 0.020 |
80℃ PH2O 45 kPa | Ohm cm2 | 0.02 | 0.008 |
30℃ PH2O 高达4 kPa | Ohm cm2 | 0.03 | 0.018 |
-20℃ | Ohm cm2 | 0.2 | 0.2d |
最小电阻 | Ohm cm2 | 1000 | 1635e |
成本 | $/m2 | 20 | 无有效值 |
耐久性： | |||
机械性能 | <10 sccm 渗透的循环周期 | 20000 | ＞24000 |
化学性能 | hrs | ＞500 | 614 |
为详细了解当前车用氢燃料电池质子交换膜产业发展现状、企业发展思路、各环节主要的瓶颈、未来的发展核心等，高工产研氢电研究所（GGII）将通过对全国主要燃料电池质子交换膜产业链企业、配套企业的实地调查，结合对燃料行业领军人物的面对面采访，收集大量第一手资料后，撰写《中国氢燃料电池质子交换膜产业调研分析报告》（2018~2023年）。
本报告将对中国车用氢燃料电池质子交换膜行业的发展特点、主要产品、主要企业、下游应用、技术水平、未来发展趋势等进行较为详细的研究和分析，并对未来三年氢燃料电池质子交换膜的发展趋势进行预测。GGII希望通过实际的调查研究，为投资者、业内人士、证券公司以及想了解中国车用氢燃料电池行业人士，提供准确且具有参考价值的报告。
数据范围说明：
n 本报告数据更新至2019年12月
n 本报告只介绍质子交换膜燃料电池(PEMFC)
本报告数据以中国大陆地区数据为主，全球其他地区数据少量涉及
第一章 质子交换膜行业概述
第一节 质子交换膜的相关定义
一、质子交换膜的分类
二、质子交换膜的工作原理
三、质子交换膜的相关标准
第二节 质子交换膜的发展历程
第三节 质子交换膜的产业链分析
第四节 质子交换膜的应用领域
第二章 中国质子交换膜产业现状
第一节 中国质子交换膜研究现状
第二节 中国质子交换膜供应现状
第三节 中国质子交换膜产业发展特点与现状分析
第四节 中国质子交换膜生产设备配套情况
第五节 中国质子交换膜产能建设情况分析
第三章 中国质子交换膜产业核心企业介绍
第一节 中国质子交换膜产业链企业分析
一、 企业数量
二、 企业区域分布
三、 企业发展背景分析
第二节 中国质子交换膜产业链各环节企业竞争分析
第三节 中国质子交换膜产业链主要企业
第四节 中国已量产质子交换膜性能分析
第五章 质子交换膜下游市场分析
第一节 质子交换膜下游规模分析
第二节 下游发展驱动力分析
第三节 质子交换膜历年需求量分析
第四节 质子交换膜价格走势分析
第五节 质子交换膜未来发展趋势分析（市场趋势及技术趋势）
第六章 中国质子交换膜产业发展趋势及投资机会分析
第一节 中国质子交换膜产业发展趋势分析
第二节 中国质子交换膜产业各环节投资机会
第三节 中国质子交换膜产业各环节投资建议
第四节 中国质子交换膜产业投资风险分析
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