電池隔離膜的案例
2022年中國膜材產業投資總額超千億規模，電池隔離膜占主導
新能源目前主要廣泛應用在電力與新能源汽車上，而新能源汽車滲透率在近年快速提升，進而帶動了產業上游中電池以及電池應用相關配套材料供應鏈企業的發展，電池隔離膜便是其中的代表。
在全球面板產能向中國大陸轉移的大背景下，考慮到供應鏈經濟性及安全性，光學膜作為顯示面板產業鏈中的重要原材料，其國產替代已成趨勢。光學膜位于顯示面板產業鏈的上游，憑借較高的技術壁壘，其毛利率位于產業鏈“微笑曲線”的高位。
光學膜與電池隔離膜兩者同屬于膜材產業，占據著目前中國膜材產業投資的主要地位。根據CINNO Research統計數據顯示，2022年中國（含臺灣）膜材產業投資資金額約為1,124億人民幣。
從地域分布來看，投資資金分布區域主要在安徽、江蘇、四川、湖北與福建為主，五個地區總體占比約為82.9%；從內外資分布看，內資資金占比為100%。
從資金流向來看，2022年中國（含臺灣）膜材產業投資資金主要流向鋰電隔膜項目，金額約為793億人民幣，占比約為70.6%；而光學級膜材料投資金額規模約為331億人民幣，占比約為29.4%。
膜材屬于泛半導體材料市場，其處于多個產業的上游位置，不論是發展迅猛的光電顯示領域，還是目前投資火熱的新能源賽道，對于材料企業來說應該找準市場定位，洞悉產業風向，夯實提升技術實力，才能更好把握市場機遇。
在2月8日，CINNO Research新興科技產業新春策略研討會上，我們將與您共同探討泛半導體材料市場中國企業的破冰期，把握產業突破口。
展開 中美貿易戰持續發酵，日本化工巨頭計劃撤離在華工廠
以旭化成為例：作為全球最大的鋰電池隔離膜供應商、世界500強企業以及日本最大型綜合集團之一，旭化成近十幾年在中國進行了大量的投資，業務涵蓋了電子材料、紡織、化工、建材、微電子、制藥、醫療等各大領域。目前，旭化成全球員工人數約35000人，中國員工占其員工總人數的10%。若旭化成決定將工廠遷回日本的話，將會使幾千名中國員工受到影響。
截至目前，旭化成在華控股/全資子公司多達15家，其中100%全資子公司12家，控股子公司3家。
貿易戰沒有贏家。上周美國媒體CNBC采訪了一家以出口為主的中國某工廠負責人，他表示，在8月初就收到了美國最大客戶的一封信，該客戶敦促他分攤成本的10%關稅。
他還透露，今年的人工成本和原材料費用比去年上漲了15%，而美國的關稅還將影響他一半以上的銷售額。隨著中國用工成本的上升，許多制造商都在苦苦掙扎，而關稅的提升更加重了這些制造商的負擔。
環氧樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2766
展開 VirtualLab Unity應用：太陽能電池板超寬帶減反射膜
在此應用案例中，通過合理設計初始結構并進行進一步優化，我們開發出了一種在可見光和近紅外光譜范圍內均具有優異減反射性能的鍍膜。該鍍膜能有效降低寬范圍入射角的反射，提高光的透射效率，從而提升整體能量轉換效率。
摘要
應用場景
設計結果
可見光及近紅外光（400–1100 nm）約占太陽能總能量光譜的95%。為了確保在不同照明條件下實現高能量轉換效率，需考慮入射角范圍從0°到60°。在此情況下，通過合理設計初始結構并優化厚度，目標是在該波長及入射角范圍內實現平均反射率低于2%。
設計流程
設計結果如圖所示，整體在0°至60°入射角范圍內的平均反射率低于2%，滿足設計要求。
VirtualLab Unity應用：太陽能電池板超寬帶減反射膜
關于優化的更多信息: Tutorial 01: Optimization Workflow
通過優化，最終獲得了滿足設計要求的膜層結構。
車用質子交換膜燃料電池水熱管理
車用質子交換膜燃料電池水熱管理
【21頁PPT】 一文了解燃料電池膜電極制作與生產
氫能和燃料電池公眾號20000多人關注，歡迎加入通訊錄，與高管大咖直接交流
文章來源：燃料電池干貨
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新型被動冷卻方案：用于質子交換膜燃料電池堆的均熱板
來源 | Renewable Energy
01
背景介紹
質子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種將氫能轉化為電能的直接能源裝置，具有能源效率高、啟動快、無污染排放等優點，因而被廣泛應用于分布式發電、便攜式供電、交通運輸等領域。然而，PEMFC在輸出電能的同時釋放大量廢熱，影響其工作溫度。過高的溫度會導致膜電極組件降解并造成不可逆的損壞，而過低的溫度則不利于反應動力學，影響PEMFC的性能和耐久性。
02
成果掠影
近期，華南理工大學機械與汽車工程學院簡棄非教授團隊提出了一種新穎的被動冷卻方案，將均熱板集成到質子交換膜燃料電池堆中進行熱管理。研究團隊設計并制作了1.32 mm厚的均熱板，并通過使用加熱墊在不同功率下進行測試來驗證其傳熱性能。在確認均熱板能夠滿足散熱要求后，在快速啟動和穩態運行期間對與均熱板耦合的電池堆的輸出特性進行實驗評估。結果表明均熱板在熱通量密度僅為 0.052 W/cm2的情況下有效運行在蒸發部分，同時在 48 W 下保持最大面內溫差 2.6 °C。在電池堆從 0 A 到 40 A 的快速啟動加載過程中，均熱板表現出快速的熱響應和出色的溫度均勻性，防止由于工作溫度不當而導致堆棧性能下降。與一般的風冷電池堆相比，與均熱板結合的電池堆的電壓顯著提高了 21.7%。這些結果系統地證明了均熱板用于風冷質子交換膜燃料電池堆熱管理的可行性。
展開 CAE軟件在質子交換膜燃料電池及其系統開發中的應用
CAE軟件在質子交換膜燃料電池及其系統開發中的應用
堿性膜氫-氧燃料電池陽極
上世紀七十年代，Nafion膜的發明極大地促進了質子交換膜燃料電池（PEMFC）的發展。
但是，PEMFC陰極的氧氣還原反應(ORR)在很大程度上依賴使用大量價格昂貴的鉑基催化劑來加速緩慢的動力學過程（圖1a）。鉑基金屬的使用帶來過高的制造成本，嚴重制約了PEMFC的商業化進程。研究人員發現，將PEMFC的電解質從酸性轉變為堿性（即陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）；圖1b）能容許使用非貴金屬元素（如3d金屬Co, Ni, Mn等）來設計電催化劑。
圖1. a鉑金在過去二十年里的價格變化趨勢。b 陰離子交換膜燃料電池示意圖。
近日，中國科學技術大學高敏銳教授課題組利用三維泡沫銅骨架作為基底，通過陽極電氧化形成Cu(OH)2納米線陣列狀模版，依次經過水熱和煅燒前驅體還原，得到一種新型的三元Ni-W-Cu合金（圖2a）。該方法簡單易行，并可放大制備得到較大面積的Ni5.2WCu2.2合金AEMFC陽極（圖2b）。相關成果近日以“Ternary nickel–tungsten–copper alloy rivals platinum for catalyzing alkaline hydrogen oxidation”為題發表在《自然·通訊》雜志上（Nat. Commun. 2021, 12, 2686）。論文的共同第一作者為中科大碩士研究生秦帥，博士后段玉和博士研究生張曉隆。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22996-2
圖2.a Ni5.2WCu2.2合金的合成方法示意圖。b 宏量制備得到3×10cm2的Ni5.2WCu2.2電極。
展開 【仿真技巧】燃料電池中離子交換膜和唐南電位的模擬
離子交換膜廣泛應用于電化學工程領域。在聚合物電解質燃料電池和釩液流電池中，它們用于傳導離子，同時防止反應物和電子在兩個流室之間流動。在電滲析中，促進正電荷或負電荷離子通過的能力也用于從離子中去除水。在本篇文章中，我們將探索離子交換膜的離子選擇能力。
Nernst-Planck-Poisson 方程
離子交換材料通常作為多孔介質進行建模，這種多孔介質由固定基質組成，其中的孔隙充滿水和額外的移動離子。對于任何見過 Nafion? 膜（最常見的聚合物電解質材料之一）的人來說，這聽起來是完全錯誤的。這種材料看起來完全透明、均質，但基質由透明的聚合物主鏈構成。遇水膨脹的孔隙為納米級范圍。
離子交換膜的關鍵特征是固定在主鏈并位于內孔壁上的固定離子。在 Nafion? 示例中，固定離子是 基團，位于從聚合物主鏈延伸的聚合物尾部的末端。正如我們將在下面的討論中看到的，離子交換膜中固定電荷的濃度和符號對于移動離子在膜中的傳輸至關重要。
泊松方程根據下式將所有電荷的總和與電位相關聯
(1)
其中， 是電解質相的電位， 是介電常數， 是空間電荷密度。
在本例中，我們可以將空間電荷分成移動離子和固定離子
(2)
上式中， 是法拉第常數； 是電荷； 是移動離子的濃度，其中 是物質標號，并對所有 個離子求和； 是基質中固定離子的電荷密度。
在離子交換介質外的自由電解質中，固定離子的濃度為零，因此 。
為了模擬離子的傳輸，我們首先將每個離子的電化學電位定義為
(3)
其中， 是摩爾氣體常數， 是溫度， 是某個（任意）參考濃度。
展開 ：在堿性膜燃料電池上取得新進展
堿性膜燃料電池（AEMFCs）因其成本低、操作條件溫和及可大面積加工等優點使其具備很好的商業應用前景。目前，大多研究者主要將精力集中在提高AEMFCs的單電池性能。在過去幾年里，由于高氫氧根電導率堿性膜和優化設計電極的使用，AEMFCs在單電池性能方面已經取得了重大突破。然而，與質子交換膜燃料電池（PEMFCs）相比，AEMFCs的長期耐久性，特別是在高溫、低濕度和高電流密度操作下的長期耐久性，仍是制約其商業化的關鍵問題。為了解決這一問題，近期有科學家開發了幾種高導電率、高堿穩定性的AEMs和堿性聚電解質，為提高AEMFCs的H2/O2燃料電池耐久性做出了重大貢獻，但是與商用PEMFCs相比仍有很大差距。
針對提高堿性膜燃料電池的運行穩定性，徐銅文教授團隊通過使用熱觸發原位自組裝互鎖技術制備了一種三維拉鏈式界面層（3D-ZIL）。3D-ZIL具有三維互聯的拉鏈結構，其中催化層中的烴類聚電解質通過共價鍵交聯連接到烴類膜上，從而形成無縫型膜電極（圖1）。與物理方法制備的互鎖界面不同，新型界面結構具有更好的機械附著力和離子傳導性。在使用同等電池材料的情況下，該技術可以大幅度提高堿性膜燃料電池的穩定性。
圖1. 堿性膜燃料電池膜電極中納米級立體界面層（3D-ZIL）的構建示意圖：(A) 聚合物的合成路線和交聯過程；(B) 3D-ZIL的制備示意圖。
原位的燃料電池測試表明，3D-ZIL可以防止燃料電池運行過程中可能出現的界面分層，特別是在高電流密度下確保離子在界面間的穩定傳質和電池的能量輸出（圖2）。
展開 
中山大學《ESM》：抑制鋰枝晶，一種用于快充鋰金屬電池的人工SEI膜
由于特殊的拓撲分子結構和多組分的協同效應，所制備的單離子導電聚合物刷人工SEI膜可以同時獲得高機械強度、高離子電導率和低界面阻抗，通過負電荷-SO3-官能團之間的強靜電斥力，對枝晶的持續生長也顯示很強的抑制作用。
因此，使用單離子導電聚合物刷人工SEI膜的鋰金屬電池在超高電流密度下表現出優異的循環穩定性，由單離子導電聚合物刷SEI膜改性的鋰負極和LiFePO4正極組成的全電池可在5C下循環300周，每周的容量衰減率非常小，為0.08%，表明單離子導電聚合物刷的協同作用可以顯著改善鋰金屬電池的電化學性能。本項工作為設計先進的人工SEI膜提供一種有希望的方法，并為鋰枝晶生長的界面調控提供新的見解。（文：李澍）
圖1 快充過程中各種人造SEI膜演變示意圖
圖2 單離子導電聚合物刷的物理表征測試
圖3 鋰金屬電池的電化學性能測試
圖4 鋰金屬電池負極形貌對比
圖5由單離子導電聚合物刷SEI膜修飾的鋰金屬電池的電化學性能
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展開 大連化物所《AFM》：這種膜讓鋅基液流電池高容量長壽命！
然而，由于ZFBs使用的是低成本的鋅(Zn)作為負極，限制其廣泛應用的主要障礙之一是臭名昭著的Zn樹枝/堆積問題，因為不受控制的Zn樹枝晶可能會穿透薄膜，最終導致電池短路。可充電鋅基水溶液液流電池(ZFBs)是一種很有前途的大規模儲能設備候選材料。然而，來自鋅枝晶的挑戰和有限的面積容量極大地阻礙了它的廣泛應用。
來自中科院大連化物所等單位的研究人員，構建了一種原位垂直生長的層狀雙氫氧化物薄膜(LDH-G)，以實現長壽命的ZFBs。由于LDH納米片具有高的氫氧化物離子導電性和離子選擇性，特別是通過精確控制垂直排列的LDH的定向離子傳輸，可以實現優異的電池性能。此外，無缺陷的LDHs層用作緩沖層，以實現均勻的Zn沉積，從而極大地提高了電池的面積容量。
結果表明，所設計的膜使堿性鋅鐵液流電池具有優異的倍率性能和循環穩定性，在260mA cm?2下循環800次，能量效率可達80%，是目前報道的最高性能。最重要的是，LDHs層能使電池長周期穩定工作1200h，并且鋅沉積均勻、面積容量高達240mAh cm?2。本工作實現了在聚合物襯底上原位生長三維LDHs陣列，為ZFBs的高面容量和無枝晶沉積提供了一種策略。相關論文發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202102167
圖1.a)LDH-G制備示意圖。
圖2.
展開 華東理工：鍵合強度對鈣鈦礦太陽能電池錨定基自組裝單分子膜的調節
(PSCs)電荷傳輸單分子膜的一種節省材料和高度可擴展的策略。
山東大學郝曉濤教授、殷航教授團隊JMCA：在厚膜室內有機光伏電池的研究中取得新進展
該研究證明了稀釋策略能夠有效地抑制體異質結內的缺陷態，同時為大厚度高效室內光伏電池的制備提供了新穎的角度。
圖3 5% PS稀釋前后光伏體系的二維瞬態吸收光譜測試，以及在500 nm和640 nm處探測到的動力學曲線。
該研究以One-micron-thick organic indoor light harvesters with low photocurrent loss and fill factors over 67%為題，發表在Journal of Materials Chemistry A上。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1039/D1TA02345D
相關進展
山東大學郝曉濤教授課題組在有機太陽能電池穩定性物理機制研究中取得新進展
華南理工大學黃飛教授和應磊研究員：使用綠色添加劑實現高效厚膜全聚合物太陽電池
中科院化學所侯劍輝研究員團隊：能量轉換效率超過14%的厚膜有機太陽能電池
蘇州大學張茂杰教授課題組：簡單制備的對活性層膜厚和器件面積變化不敏感的高效非富勒烯聚合物太陽能電池
華南理工大學黃飛教授課題組：基于萘二并噻二唑的高效厚膜活性層材料的光伏性能研究
高分子科技原創文章。
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