盡管質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池的某些部件采用了強(qiáng)大的現(xiàn)有材料，但在未來幾年，其技術(shù)前景將在許多方面發(fā)生變化。
在整個行業(yè)建立和加強(qiáng)供應(yīng)鏈協(xié)議的同時，預(yù)計在數(shù)量和單位方面的材料需求會增加，組件成本會降低，顛覆性技術(shù)也會出現(xiàn)。
除了需求增長、新趨勢和參與者分析，IDTechEx預(yù)計PEM燃料電池相關(guān)材料市場的價值將在2033年超過70億美元。
隨著零排放汽車趨勢的持續(xù)，燃料電池電動汽車(FCEVs)的市場份額預(yù)計也將相應(yīng)增長。乘用車已經(jīng)在這一領(lǐng)域取得了一些進(jìn)展，豐田Mirai和現(xiàn)代NEXO已經(jīng)在市場上站穩(wěn)了腳跟。
氫燃料汽車也為重型汽車行業(yè)帶來了巨大的機(jī)遇，氫動力卡車可以實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的旅程，而無需對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大規(guī)模改造。隨著一項技術(shù)的成功，對該技術(shù)基礎(chǔ)材料的需求也會增加，PEM燃料電池將遵循這一模式。
IDTechEx的分析全面覆蓋電動汽車行業(yè)，詳細(xì)介紹純電動汽車(BEVs)和燃料電池電動汽車(FCEVs)。他們發(fā)布了一份名為《PEM燃料電池材料2023-2033》的新報告，其中包括10年按車型劃分的關(guān)鍵燃料電池組件的數(shù)量和體積的粒度預(yù)測，同時還詳細(xì)說明了每個組件的相關(guān)價值。
除了這些詳細(xì)的市場預(yù)測，該報告還包括參與者評估、技術(shù)基準(zhǔn)、PEM燃料電池材料和組件的趨勢分析。
質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池通過各種組件的協(xié)同作用來工作。雙極板(BPP)在氣體擴(kuò)散層(GDL)分別將反應(yīng)物和產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)酱呋瘎又霸谌剂想姵刂g分配燃料。
催化劑被包覆在膜(CCM)上，而膜本身將質(zhì)子從燃料電池的一邊運(yùn)送到另一邊。PEM、CCM和GDL統(tǒng)稱為膜電極組件(MEA)。
在2022年至2033年期間，交通運(yùn)輸用PEM燃料電池市場預(yù)計將以29.9%的復(fù)合年增長率增長，但關(guān)于燃料電池使用的組件，仍有一些關(guān)鍵問題有待解決。
雙極板(BPP)是燃料電池的支柱，提供結(jié)構(gòu)支撐，分離氧氣和氫氣燃料，并收集電池中產(chǎn)生的電流。由于BPP的不同角色的數(shù)量，材料的選擇必須考慮到一些重要的參數(shù)。
機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、電導(dǎo)率和導(dǎo)熱性都是至關(guān)重要的，而材料和生產(chǎn)成本也必須考慮在內(nèi)。在這份報告中，IDTechEx對BPP的兩種主要材料選擇——石墨和金屬進(jìn)行了基準(zhǔn)測試，包括分析組件供應(yīng)商、他們的材料選擇以及與原始設(shè)備制造商的供應(yīng)鏈協(xié)議。
MEA是燃料電池的主要部件，包括質(zhì)子交換膜(PEM)、CCM和GDL。與MEA相關(guān)的值可以在上面的餅圖中看到，展示了MEA對整個燃料電池的重要性。
氣體擴(kuò)散層(GDL)可以說是圖表中列出的最簡單的組件，然而，它在電池內(nèi)的水管理中起著重要作用。報告中給出了對這一細(xì)分市場的主要參與者的理解，以及技術(shù)差異和與所供應(yīng)的原始設(shè)備制造商有關(guān)的信息。
此外，還討論了有關(guān)提高GDL的能力以實現(xiàn)電池內(nèi)水管理的材料趨勢。
質(zhì)子交換膜(PEM)允許質(zhì)子從電池的一邊傳輸?shù)搅硪贿?，通常由一種被稱為離聚體的特殊聚合物家族組成。市場領(lǐng)導(dǎo)者是Chemours的產(chǎn)品Nafion，然而，市場上還有其他幾種替代離聚體材料。
IDTechEx提供了這些替代膜材料的基準(zhǔn)，與現(xiàn)有的相對比，在PEM的三個最重要參數(shù)方面；電阻、離子交換容量(IEC)、膜厚度。
需要高電阻以確保燃料電池不短路，而高IEC和更小的膜厚度使質(zhì)子在電池中快速傳輸，從而提高電池性能。替代的、新穎的材料正在獲得質(zhì)子交換膜的吸引力，主要是在學(xué)術(shù)層面，如金屬-有機(jī)框架(MOFs)。
PEM燃料電池的一個至關(guān)重要的領(lǐng)域是在電池中加入催化材料，使化學(xué)反應(yīng)在低于100°C的溫度下有效發(fā)生，從而實現(xiàn)PEM所需的質(zhì)子傳輸條件。
通常情況下，鉑和其他鉑族金屬(PGMs)被用作催化劑，然而，這些貴金屬的高成本抑制了整個燃料電池堆的成本降低。
IDTechEx的報告詳細(xì)介紹了PGM催化劑的主要供應(yīng)商，并預(yù)測了PGM材料的需求以及將這些金屬集成到CCM中的相關(guān)價值。與燃料電池相關(guān)的R&D關(guān)注的一個重點(diǎn)是降低催化劑的成本，要么通過限制所需PGM的體積，要么尋找替代催化材料。（來源：全球氫能網(wǎng)）
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