帝斯曼：提升氫燃料汽車輸出效率及系統可靠性的材料方案

一直以來，技術的日新月異不斷的在改變人們的出行方式，如今汽車行業正在經歷一場根本性的變革，尤其是在汽車驅動系統的電動化以及汽車的智能化和互聯互通化。權威的市場分析顯示，到2025年，驅動系統電動化的車型將占有35%的市場。往往，每當人們談論汽車電動化，大家首先聯想到的是由高壓鋰離子電池及電機作為能量源驅動的純電動汽車和具有燃油發動機及高壓鋰離子電池驅動的混動汽車；汽車工業開發電動車的重要目的之一是，使人們使用汽車的出行方式更加環保，但是，高壓鋰離子驅動的電動車是否是最佳的環保解決方式？也許不盡然；作為備選方案，汽車的動力來源，完全可以使用燃料電池來替換；與純電動汽車相比，燃料電池電動車具備一下技術上的優勢：

可以與傳統燃油車相媲美的燃料加注時間（5 分鐘內可完成）；
可以與傳統燃油車相媲美的行駛里程，相對與純電動汽車龐大的電池包，其整體質量更輕：
絕對意義上的零排放，并且使用能源為非化石能源；

基于以上的原因，幾乎所有的主流汽車廠商及零部件供應商都已經進行了相當大的技術投入及產業規劃；目前不管商用車還是乘用車，都已經有商業化的案例，如Nicola truck, Toyota Mirai, Honda Clarity以及中國國內的一些乘用大巴；在各種不同的燃料電池技術路線中，聚合物質子交換性燃料電池尤其受到青睞，原因是其合適的工作溫度（大部分的時間內，都工作于 70 到100度），以及其較短的冷啟動時間，并且可以完全使用車載氫氣與空氣中的氧氣作為氧化劑反應，產生電能來驅動汽車；燃料電池的最核心部件之一即是燃料電池電堆，電堆可以看作是一個電化學裝置，其將氫氣和氧氣轉化為水，熱以及電能；

電堆作為整個燃料電池車的心臟，是由數百個獨立的燃料電池單元以及各種由金屬及熱塑性工程塑料制成的零部件組成。一個獨立燃料電池單元，如圖一，其結構類似于三明治，由雙極板，氣體擴散層，涂敷了鉑催化劑的質子交換膜。在其工作時，在陽極（負極）催化劑氧化氫氣原子，使其變為氫質子及電子，氫質子可以有選擇的通過質子交換膜到達陰極（正極）與氧氣反應，生成水；而電子則從外部電路傳遞出來，形成電流。其反應的基本機理要求，雜質和從燃料電池構成組件中析出的離子含量都要很低甚至是完全避免，因為雜質和各種離子的析出會使催化劑"中毒"，并且有可能阻塞質子交換膜，這會極大降低的燃料電池的功率輸出以及燃料電池壽命，其中，尤其要避免硫/硫酸根等離子。與此同時，燃料電池系統的工況是相對比較惡劣的，其在一個幾乎100%濕度，中弱酸（PH 3到5）并且溫度大部分時間位于70到100攝氏度（短時最高可達120攝氏度）的環境下工作。所以，為了保證燃料電池系統能最大的輸出效率以及最長的使用壽命，用于燃料電池系統的工程塑料必須具有極低的離子析出率，極佳的抗水解老化以及抗化學腐蝕能力。

圖一，燃料電池單電芯示意圖

帝斯曼的燃料電池專家以及科學家們，針對可能影響燃料電池效率和使用壽命的因素，做出了非常細致深入的研究。在很多可能的工程塑料選擇中，由于PPS（聚苯硫醚）的低離子析出性，優異的抗水解和抗化學腐蝕能力，使其與燃料電池的工況要求鍥合度最好；DSM的專家們，通過深入的機理研究，針對性的開發了專門用于燃料電池系統的PPS工程塑料-Xytron PPS G4080HR，使其各項性能達到了一個全新的高度！這些性能包括：

行業內最低的材料離子析出，甚至在120度的工況下！
在所有工程塑料中，經過水解老化和化學試劑老化后，DSM開發的PPS 工程塑料保持了最高的機械強度和最低的離子析出率；其機械強度保持率及離子析出率遠優于目前所知的其他PPS 和PPA競品；
行業內競品中最佳的尺寸穩定性，耐疲勞性，耐蠕變性，甚至在長時間的老化測試后，其競爭優勢也同樣明顯；
最佳的熔接線強度，最大程度上保證了其長期使用安全性；

另外，帝斯曼還在與行業領導者合作，以期進一步的提升燃料電池的能量密度；例如，帝斯曼針對燃料電池汽車的儲氫罐，專門開發了以聚酰胺（PA6）吹塑作為內膽，連續碳纖增強復合材料纏繞于外的四型瓶（Type IV）；該儲氫罐（IV 型瓶）具有極低的氫氣滲透率，并能達到苛刻的儲氫壓力要求（70Mpa），在滿足減重的同時，最大程度的保證了安全性；

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