新能源化工材料系列研究基础篇（二）

在新能源化工材料系列研究基础篇（一）中，对光伏：E V A；光伏：三氯氢硅；锂电：磷酸铁LFP及上游；锂电：电解液溶剂DMC 四种新材料进行了简解，下面对PVDF、氢燃料电池及生物质能：生物柴油行业进行研究。

五、锂电：正极粘结剂PVDF行业

聚偏氟乙烯（PVDF）是VDF的均聚物或少量改性单体和VDF的共聚物，属于可熔融加工氟树脂，是市场规模仅次于PTFE的第二大氟树脂。PVDF的推荐使用温度为-60℃-150℃，具有良好的抗化学腐蚀、抗水解、抗紫外线性能，机械强度优于其他氟树脂。PVDF主要应用于涂料、线缆护套、锂电池、石油化工和输油管、水处理膜、光伏组件背板等领域。

PVDF在锂电池中用途较广，在粘结剂、分散剂、电解质、隔膜涂层、隔膜、电解质中均有应用，主要作为主流正极粘结剂材料使用。

除了粘结剂外，PVDF在光伏领域可用作背板保护膜。早期杜邦采用PVF制作光伏背板氟膜，后阿科玛将PVDF推广至光伏背板领域，目前主流氟膜材料为PVDF和PVF。PVDF含氟量高于PVF，因此PVDF的抗紫外线能力和耐化学性更强，PVDF的致密性更好，带来了更强的抗风沙能力，更适合恶劣的户外环境；PVDF的阻燃能力更强，可降低火灾发生的概率。光伏电站通常需要使用25年，保护膜长期使用后的性能尤为重要，PV-Tech通过实验发现，老化条件下PVDF膜的击穿电压高于PVF膜，耐磨性优于PVF膜，两类膜的黄变情况、机械性能不分上下。据TaiyangNews统计，PVDF是市场规模最大的光伏背膜材料，2019年其市占率达到54%

PVDF在传统应用领域主要体现在PVDF涂料性能的优异上。氟碳涂料是指以氟树脂为主要成膜物质的涂料，由于含氟聚合物具有高抗紫外线性、高耐候性、耐污染性、高耐化学性、高耐老化性等优良性能，含氟聚合物一直被广泛用于涂料。PVDF涂料用于高温烘烤的金属建材，包括金属幕墙、铝制门窗、卷材、金属屋顶等，PVDF涂料在户外使用20年以上外观也鲜有变化。

六、氢燃料电池：质子交换膜

➢氢能是一种高效、清洁、安全的二次能源，被称为人类终极能源，开发和利用氢能是全球能源战略转型的重要方向。目前，美国、日本和欧洲国家已进入系统化应用阶段。燃料电池是利用氢能的理想方式，燃料电池汽车拥有能量密度高、续航里程长、零污染排放、加氢时间短等优点。

➢国内氢能发展现状：国内氢能及燃料电池产业处于起步阶段，政策推动起更多的主导作用。近年来国内氢能源产业支持政策密集出台，促进氢能及燃料电池技术发展，各地积极响应发布氢能产业规划和支持政策，初步形成京津冀、长三角、珠三角、西南片区等主要氢能产业集群。目前中国氢能与燃料电池技术基本具备产业化基础，掌握部分氢能基础设施与一批燃料电池相关核心技术，具备一定的产业装备及燃料电池整车的生产能力。但较发达国家，中国氢能产业自主技术研发、装备制造、基础设施建设方面仍有差距，由于基础研发与核心技术投入不足，燃料电池技术发展、氢能产业装备制造等方面相对滞后。未来将重点对大规模高效制氢、分布式制氢、氢气纯化技术、氢气储运的关键材料及技术设备、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池等先进燃料电池技术、分布式发电技术攻关突破。

➢氢能在终端能源中的占比：2018年2.7%、2030预计5%、2050预计10%。中国是全球最大的制氢国，现有工业制氢产能约2500万吨/年。2018年国内氢能产量约2100万吨，换算热值占终端能源总量的份额为2.7%。中国氢能联盟预计，到2030年中国氢气需求量将达到3500万吨，在终端能源体系中占5%。到2050年，氢能在中国终端能源体系中的占比达到10%，氢气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元，全国加氢站达到1万座以上，燃料电池车产量达到520万辆，燃料电池系统产能5500万台套/年。

目前燃料电池主要有5种，其中质子交换膜燃料电池因发电效率高、工作温度低、使用寿命长，被认为具有广阔的发展前景，是下一代车用动力的发展方向之一。 PEMFC 一般由质子交换膜、电极及电催化剂、双极板和气体流场等主要部件组成。

膜电极组件（MEA）是质子交换膜燃料电池最核心的部件，释放能量的电化学反应就在该部件上发生，因而其性能、寿命及成本直接关系到燃料电池能否快速商业化。

质子交换膜（PEM）处在MEA最中心的位置，起到隔绝电子、分隔阴、阳两极并传导质子的功能。全氟磺酸（perfluorosulfonic acid,PFSA）离聚物质子交换膜预计将在未来5~10年中继续发挥主导作用。当前，PEM的优化方向主要包括更高的质子电导率（尤其是在低湿度条件下），更好的电化学和机械稳定性，以及更优的热稳定性。

质子交换膜由于制备工艺复杂，长期被杜邦、戈尔、旭硝子等美国和日本少数厂家垄断。杜邦是全球最早开发并销售质子交换膜的企业，早在1962年就开发出性能优良的全氟磺酸型质子交换膜，即Nafion系列产品，截至目前Nafion膜也是全球使用最广泛的。科慕化学2015年7月完成与杜邦公司的拆分公司，成为一家独立运营的上市公司。其继承杜邦公司质子交换膜产品，并在车载质子膜发力。

美国戈尔具有超过25年的增强型质子膜的开发和制造经验，公司更专注于燃料电池膜的研发，其开发的SELECT系列增强型质子膜凭借超薄、耐用、高功率密度的特性，占据全球主要燃料电池市场。

在1980到2000的20年间，日本的氯工程德山曹达公司，美国的西方技术公司奥林公司、英国的ICI公司、德国的赫斯特一伍德公司、意大利的迪诺拉公司等15家企业先后掌握质子交换膜技术，极大地推动了离子膜法制碱工业的发展。

国产质子交换膜发展提速，国产化率有望持续提升

从市场应用来看，随着燃料电池的国产化率正在向100%的目标靠近，以武汉绿动氢能能源技术有限公司（下称“武汉绿动”）、东岳未来氢能为优秀代表的产品市场应用在快速扩大。

1.据公司公告，目前东岳集团未来氢能150万m²质子交换膜生产线一期工程已于2020年11月正式投产。已经累计装车超300台，在氢能重卡、公交等领域开启示范运营。该公司是唯一一家同时进入五大燃料电池汽车示范城市群的企业，未来将在推动我国氢能产业的发展做出更大贡献。

2.2021年12月，国家电投子公司武汉绿动氢能能源技术有限公司年产30万m²质子交换膜生产线正式投产，产品在质子电导率、气体渗透率、机械强度等方面均相当或优于国内外同类竞品，但价格只有竞品的一半。目前公司质子交换膜市场反馈良好，已联合国内20多家头部企业完成产品的测试和试用，并实现装堆应用，后续有望逐步扩大市场份额。

七、生物质能：生物柴油行业 

生物燃料（Biofuel）主要包括燃料乙醇、生物柴油、航空生物燃料等，年均复合增速4.1%。

生物柴油根据结构分为脂肪酸甲酯(F A M E)、氢化油(HVO/HEFA)，狭义上生物柴油指脂肪酸甲酯/乙酯，其根据原料来源分为豆油甲酯(SME)、棕榈油甲酯(PME)、菜籽油甲酯(RME)、废弃食用油甲酯(UCOME)、微生物制脂肪酸甲酯等。

生物柴油主产地有美国、欧盟、巴西、阿根廷、印度尼西亚等

我国生物柴油主要采用废油脂作为原材料，2021年我国生物柴油产量约150万吨，同比增长16.8%，出口130万吨，同比增长45.0%，我国生物柴油几乎全部出口欧洲。

受到原油价格上涨、欧洲菜籽油产量下滑、生物柴油需求高增等因素作用，2021年以来国内生物柴油价格由7000元/吨上涨至10500元/吨，年均价8900元/吨，同比上涨35.2%；出口均价由1050美元/吨上涨至1572美元/吨，年均价1340美元/吨，同比增长29.0%。根据卓创资讯数据，今年下半年生柴平均利润972元/吨，同比增长101.7%，环比增长143.3%，目前单吨利润在1200元/吨左右。