新能源化工材料系列研究基礎篇（二）

在新能源化工材料系列研究基礎篇（一）中，對光伏：E V A；光伏：三氯氫矽；锂電：磷酸鐵LFP及上遊；锂電：電解液溶劑DMC 四種新材料進行了簡解，下面對PVDF、氫燃料電池及生物質能：生物柴油行業進行研究。

五、锂電：正極粘結劑PVDF行業

聚偏氟乙烯（PVDF）是VDF的均聚物或少量改性單體和VDF的共聚物，屬于可熔融加工氟樹脂，是市場規模僅次于PTFE的第二大氟樹脂。PVDF的推薦使用溫度爲-60℃-150℃，具有良好的抗化學腐蝕、抗水解、抗紫外線性能，機械強度優于其他氟樹脂。PVDF主要應用于塗料、線纜護套、锂電池、石油化工和輸油管、水處理膜、光伏組件背闆等領域。

PVDF在锂電池中用途較廣，在粘結劑、分散劑、電解質、隔膜塗層、隔膜、電解質中均有應用，主要作爲主流正極粘結劑材料使用。

除了粘結劑外，PVDF在光伏領域可用作背闆保護膜。早期杜邦采用PVF制作光伏背闆氟膜，後阿科瑪将PVDF推廣至光伏背闆領域，目前主流氟膜材料爲PVDF和PVF。PVDF含氟量高于PVF，因此PVDF的抗紫外線能力和耐化學性更強，PVDF的緻密性更好，帶來了更強的抗風沙能力，更适合惡劣的戶外環境；PVDF的阻燃能力更強，可降低火災發生的概率。光伏電站通常需要使用25年，保護膜長期使用後的性能尤爲重要，PV-Tech通過實驗發現，老化條件下PVDF膜的擊穿電壓高于PVF膜，耐磨性優于PVF膜，兩類膜的黃變情況、機械性能不分上下。據TaiyangNews統計，PVDF是市場規模最大的光伏背膜材料，2019年其市占率達到54%

PVDF在傳統應用領域主要體現在PVDF塗料性能的優異上。氟碳塗料是指以氟樹脂爲主要成膜物質的塗料，由于含氟聚合物具有高抗紫外線性、高耐候性、耐污染性、高耐化學性、高耐老化性等優良性能，含氟聚合物一直被廣泛用于塗料。PVDF塗料用于高溫烘烤的金屬建材，包括金屬幕牆、鋁制門窗、卷材、金屬屋頂等，PVDF塗料在戶外使用20年以上外觀也鮮有變化。

六、氫燃料電池：質子交換膜

➢氫能是一種高效、清潔、安全的二次能源，被稱爲人類終極能源，開發和利用氫能是全球能源戰略轉型的重要方向。目前，美國、日本和歐洲國家已進入系統化應用階段。燃料電池是利用氫能的理想方式，燃料電池汽車擁有能量密度高、續航裏程長、零污染排放、加氫時間短等優點。

➢國内氫能發展現狀：國内氫能及燃料電池産業處于起步階段，政策推動起更多的主導作用。近年來國内氫能源産業支持政策密集出台，促進氫能及燃料電池技術發展，各地積極響應發布氫能産業規劃和支持政策，初步形成京津冀、長三角、珠三角、西南片區等主要氫能産業集群。目前中國氫能與燃料電池技術基本具備産業化基礎，掌握部分氫能基礎設施與一批燃料電池相關核心技術，具備一定的産業裝備及燃料電池整車的生産能力。但較發達國家，中國氫能産業自主技術研發、裝備制造、基礎設施建設方面仍有差距，由于基礎研發與核心技術投入不足，燃料電池技術發展、氫能産業裝備制造等方面相對滞後。未來将重點對大規模高效制氫、分布式制氫、氫氣純化技術、氫氣儲運的關鍵材料及技術設備、質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池等先進燃料電池技術、分布式發電技術攻關突破。

➢氫能在終端能源中的占比：2018年2.7%、2030預計5%、2050預計10%。中國是全球最大的制氫國，現有工業制氫産能約2500萬噸/年。2018年國内氫能産量約2100萬噸，換算熱值占終端能源總量的份額爲2.7%。中國氫能聯盟預計，到2030年中國氫氣需求量将達到3500萬噸，在終端能源體系中占5%。到2050年，氫能在中國終端能源體系中的占比達到10%，氫氣需求量接近6000萬噸，年經濟産值超過10萬億元，全國加氫站達到1萬座以上，燃料電池車産量達到520萬輛，燃料電池系統産能5500萬台套/年。

目前燃料電池主要有5種，其中質子交換膜燃料電池因發電效率高、工作溫度低、使用壽命長，被認爲具有廣闊的發展前景，是下一代車用動力的發展方向之一。 PEMFC 一般由質子交換膜、電極及電催化劑、雙極闆和氣體流場等主要部件組成。

膜電極組件（MEA）是質子交換膜燃料電池最核心的部件，釋放能量的電化學反應就在該部件上發生，因而其性能、壽命及成本直接關系到燃料電池能否快速商業化。

質子交換膜（PEM）處在MEA最中心的位置，起到隔絕電子、分隔陰、陽兩極并傳導質子的功能。全氟磺酸（perfluorosulfonic acid,PFSA）離聚物質子交換膜預計将在未來5~10年中繼續發揮主導作用。當前，PEM的優化方向主要包括更高的質子電導率（尤其是在低濕度條件下），更好的電化學和機械穩定性，以及更優的熱穩定性。

質子交換膜由于制備工藝複雜，長期被杜邦、戈爾、旭硝子等美國和日本少數廠家壟斷。杜邦是全球最早開發并銷售質子交換膜的企業，早在1962年就開發出性能優良的全氟磺酸型質子交換膜，即Nafion系列産品，截至目前Nafion膜也是全球使用最廣泛的。科慕化學2015年7月完成與杜邦公司的拆分公司，成爲一家獨立運營的上市公司。其繼承杜邦公司質子交換膜産品，并在車載質子膜發力。

美國戈爾具有超過25年的增強型質子膜的開發和制造經驗，公司更專注于燃料電池膜的研發，其開發的SELECT系列增強型質子膜憑借超薄、耐用、高功率密度的特性，占據全球主要燃料電池市場。

在1980到2000的20年間，日本的氯工程德山曹達公司，美國的西方技術公司奧林公司、英國的ICI公司、德國的赫斯特一伍德公司、意大利的迪諾拉公司等15家企業先後掌握質子交換膜技術，極大地推動了離子膜法制堿工業的發展。

國産質子交換膜發展提速，國産化率有望持續提升

從市場應用來看，随着燃料電池的國産化率正在向100%的目标靠近，以武漢綠動氫能能源技術有限公司（下稱“武漢綠動”）、東嶽未來氫能爲優秀代表的産品市場應用在快速擴大。

1.據公司公告，目前東嶽集團未來氫能150萬m²質子交換膜生産線一期工程已于2020年11月正式投産。已經累計裝車超300台，在氫能重卡、公交等領域開啓示範運營。該公司是唯一一家同時進入五大燃料電池汽車示範城市群的企業，未來将在推動我國氫能産業的發展做出更大貢獻。

2.2021年12月，國家電投子公司武漢綠動氫能能源技術有限公司年産30萬m²質子交換膜生産線正式投産，産品在質子電導率、氣體滲透率、機械強度等方面均相當或優于國内外同類競品，但價格隻有競品的一半。目前公司質子交換膜市場反饋良好，已聯合國内20多家頭部企業完成産品的測試和試用，并實現裝堆應用，後續有望逐步擴大市場份額。

七、生物質能：生物柴油行業 

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

生物柴油根據結構分爲脂肪酸甲酯(F A M E)、氫化油(HVO/HEFA)，狹義上生物柴油指脂肪酸甲酯/乙酯，其根據原料來源分爲豆油甲酯(SME)、棕榈油甲酯(PME)、菜籽油甲酯(RME)、廢棄食用油甲酯(UCOME)、微生物制脂肪酸甲酯等。

生物柴油主産地有美國、歐盟、巴西、阿根廷、印度尼西亞等

我國生物柴油主要采用廢油脂作爲原材料，2021年我國生物柴油産量約150萬噸，同比增長16.8%，出口130萬噸，同比增長45.0%，我國生物柴油幾乎全部出口歐洲。

受到原油價格上漲、歐洲菜籽油産量下滑、生物柴油需求高增等因素作用，2021年以來國内生物柴油價格由7000元/噸上漲至10500元/噸，年均價8900元/噸，同比上漲35.2%；出口均價由1050美元/噸上漲至1572美元/噸，年均價1340美元/噸，同比增長29.0%。根據卓創資訊數據，今年下半年生柴平均利潤972元/噸，同比增長101.7%，環比增長143.3%，目前單噸利潤在1200元/噸左右。