我國正在氫燃料電池發展之路的上坡中艱難前行。近幾年，受制于燃料電池電堆的高成本問題，氫燃料電池產業鏈未能“大展拳腳”。在燃料電池電堆產業鏈中，上游碳纖維、鎳、鉻涂層金屬以及鉑金貴金屬等材料的稀缺直接導致中游催化劑、雙極板、質子交換膜等關鍵部件的成本居高不下。氫燃料電池目前“卡脖子”的關鍵技術就是催化劑。一直以來，我國都在從國外大量進口燃料電池催化劑，不僅成本高昂，且封鎖了相關技術。這也直接產生了連鎖反應，成本上，不斷疊加的關鍵零部件造成燃料電池電堆產業化推進困難；技術上，極大程度地限制了我國氫燃料電池產業鏈的國產化，推升下游產品技術壁壘增加。作為燃料電池電堆的核心材料，催化劑的綜合性能與國產化直接關系到我國燃料電池技術的核心競爭力及其產業化前景。此外，催化劑也是五部委關于燃料電池汽車示范城市群政策重點支持技術攻關的 8 大核心部件之一。目前燃料電池催化劑相關知識產權主要掌握在西方少數發達國家手中，導致其在電堆中占據很大一部分成本。根據美國能源部測算，當氫燃料電池電堆年出貨量 50 萬臺時，催化劑成本將占電堆生產成本的 41%，顯著高于電堆的其他部件。催化劑是燃料電池電堆的核心部件，主要由碳載體和鉑或鉑合金組成，起到催化燃料電池內化學反應的作用。我國需要盡快突破燃料電池催化劑“卡脖子”技術，擁有自主研發的氫燃料電池相關的催化劑專利，從源頭上解決氫能源的第一道關。目前氫燃料電池的催化劑主要分為三個大類：鉑(Pt)催化劑，低鉑催化劑和非鉑催化劑。其中低鉑催化劑分為核殼類催化劑與納米結構催化劑，非鉑催化劑分為鈀基催化劑、非貴金屬催化劑與非金屬催化劑。Pt作為好的催化劑可以吸附氫氣分子促成離解，是目前商用的首選，不過Pt的稀缺性很強，我國儲量也不豐富，日后氫燃料電池普及一定會使得需求增加，也會導致Pt的價格更高，給目前氫能發展造成更多阻力。目前比較常用的陽極材料是Pt/C，一種將Pt的納米顆粒分散在碳粉載體上的搭載性催化劑。而陰極材料除了Pt/C之外，可以以其他二元合金的來做催化，如Pt-Co/C、Pt-Pb/C、Pt-Ni/C。擺脫對鉑的依賴可以通過鉑的各種合金來可以降低其含量。另外一些新的探索也在路上：從木耳中提取的BF-N-950催化劑、MCOs活性位點的表面限制雙核Cu氧化還原催化劑、氮化鎳等等。國外催化劑用量已實現<0.2g/kW，而我國催化劑用量普遍處于0.3-0.4g/kW的水平。因此低鉑和非鉑催化劑的開發成為降低燃料電池成本的關鍵。全球催化劑廠商三巨頭為德國巴斯夫（BASF）、英國莊信萬豐（JohnsonMatthey）、比利時優美科（Umicore），三者全球市占率占比約90%，國內市場占有率約70%。已經能夠實現批量化生產（大于10kg/批次），而且性能穩定，可靠性高。在國內，中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大化所”）目前有消息稱已在燃料電池催化劑研究中取得重要進展。大化所在高穩定性鉑基氧還原反應電催化劑研究方面，研究出一種具有超高穩定性的核殼結構鉑銠合金（PtRh/Pt）氧還原反應電催化劑，并揭示該鉑銠合金電催化劑核殼結構的協同穩定機制，為設計高穩定Pt基氧還原反應電催化劑提供了重要思路。相關研究成果已發表于ACS Catalysis。上海濟平新能源科技有限公司（以下簡稱“濟平新能源”）成立于2018年8月，是國內第一家實現氫能和燃料電池催化劑批量化生產的科技型企業。擁有全國首條完全自主知識產權的全自動催化劑生產產線，單條產線年產量可達2噸，產值超6億元。企業已經研制出多款催化劑產品，各項指標均超同類進口產品，同時在此基礎上，研發第二代合金催化劑和第三代非鉑催化劑。目前，濟平新能源催化劑產品品類包括多款燃料電池催化劑和PEM電解水制氫催化劑。2021年，濟平催化劑占國產催化劑市場份額達95%以上，并實現國產催化劑出口零的突破。武漢喜瑪拉雅光電科技股份有限公司（以下簡稱“喜瑪拉雅”）自2015年與清華大學簽訂氫燃料電池技術開發合同以來，就致力于打造高水平的國產化燃料電池及其動力系統研發及產業化基地。自2015 年初利用清華大學催化劑制備工藝開展Pt/C 催化劑量產技術攻關。歷時兩年多，攻克了燃料電池催化劑量產技術，產能達到1200g/天規模（可滿足40臺36kw燃料電池電堆使用），并具備大規模工業化生產條件。量產Pt/C 催化劑主要包括40wt%、50wt%、60wt%、70wt%幾種規格，具有高活性、高穩定性、低成本優勢。目前喜瑪拉雅已完成燃料電池用催化劑、膜電極、雙極板等關鍵材料的研發和生產能力的建設，喜瑪拉雅生產的Pt催化劑、膜電極、電堆及車用動力系統，已被國內外多家企業采購應用。貴研鉑業股份有限公司（以下簡稱“貴研鉑業”）從事貴金屬及貴金屬材料研究，開發和生產經營的國家級高新技術企業，也是國內唯一在貴金屬材料領域擁有系列核心技術和完整創新體系及產學研為一體的上市公司。貴研鉑業被稱為業界國內燃料電池催化劑第一股，業務領域涵蓋了貴金屬合金材料化學品、電子漿料、汽車催化劑、工業催化劑、金銀及鉑族金屬二次資源循環利用、貴金屬商務貿易和分析檢測。其生產產品涵蓋390多個品種、4000余種規格，產品已廣泛應用于汽車、電子信息、國防工業、新能源、石油、化學化工、生物醫藥、建材、環境保護等行業。中自環保科技股份有限公司（以下簡稱“中自環保”）創建于2005年，位于成都高新西區。公司以催化劑技術為核心，致力于天然氣（CNG/LNG)、柴油、汽油等燃料發動機排放后處理催化劑（器）以及氫燃料電池催化劑，是集技術、研發、生產、銷售、咨詢于一體的一站式服務集團公司，也是國家火炬計劃重點高新技術企業。據了解，中自環保自成立以來，一直從事環保催化劑的研發、生產和銷售，在尾氣處理催化劑領域積累了深厚的經驗，掌握了貴金屬高分散高穩定等關鍵催化劑技術，該等技術亦是氫燃料電池電催化劑的重點技術研發方向。目前，中自環保已研制成功第一代鉑碳催化劑，具有活性高、穩定性好、電化學活性面積大、低成本等特點。2021年6月28日，中自環保首發申請獲上交所上市委員會通過，將于上交所科創板上市。公司首次公開發行的股票不超過2150.87萬股，占發行后總股本的25.00%。南京東焱氫能源科技有限公司（以下簡稱“南京東焱”）是一家由南京大學、南京市麒麟科技創新園以及江蘇啟迪科技園發展有限公司共同創辦的高新技術企業，從事燃料電池核心原材料的研發、生產與銷售。2015年12月，南京東焱成立，致力于納米催化劑材料的研發、生產、銷售和技術服務。南京東焱擁有多項發明專利，擁有質子交換膜燃料電池催化劑DOIN-PCO系列，電解水制氫催化劑DOIN-PN系列，直接甲醇燃料電池催化劑DOIN-PT系列等多種材料產品。南京東焱氫燃料電池催化劑產品曾獲得“高新技術產品”稱號，銷往國內外知名氫燃料電池領域公司。西安凱立新材料股份有限公司（以下簡稱“西安凱立”）主要從事貴金屬催化劑的研發與生產、催化應用技術的研究開發、廢舊貴金屬催化劑的回收及再加工等業務，為我國精細化工領域技術領先的貴金屬催化劑供應商，開發的多種貴金屬催化劑產品實現了進口替代。自西安凱立成立以來，已研究、開發出了活性炭負載，氧化物負載，有機物負載貴金屬催化劑，均相催化劑，手性催化劑，專用催化劑等上百種催化劑，以及一百多種催化合成/反應工藝技術。西安凱立擁有鈀系列催化劑、鉑系列催化劑、釕系列催化劑、銠系列催化劑等多種產品，現有多種催化劑制備技術，擁有授權發明專利76項。寧波中科科創新能源科技有限公司（以下簡稱“中科科創”）依托于中國科學院上海高等研究院的人才隊伍和技術優勢，致力于貴金屬基納米催化劑和燃料電池電催化劑研發、規模生產和推廣應用的新能源企業。中科科創擁有多項核心技術，推出的Hica系列納米催化劑適用于石油化工、醫藥工業、電子工業、香料工業、染料工業和其他精細化工的加氫還原工藝。電催化劑適用于氫—氧（空）質子交換膜燃料電池、固體電解質水電解、直接醇類燃料電池、金屬—空氣電池等，產品具有水溶性好、分散性佳、顆粒大小均勻等特點。目前中科科創擁有2.8nm、3.1nm、3.8nm粒徑的鉑碳催化劑，3.8nm、4.6nm的鈀碳催化劑等多種型號催化劑，還提供低載量（0.1~20wt.%）的鉑碳、鈀碳，納米氧化銥、納米金催化劑等。格林美股份有限公司（以下簡稱“格林美”）主營業務是回收利用廢舊電池、電子廢棄物等廢棄資源循環再造高技術產品，是中國對電子廢棄物、廢舊電池進行經濟化、規模化循環利用的領先企業之一。格林美擁有多家全資子公司，擁有完整的資源循環產業鏈發展體系。此前，格林美在位于湖北荊門的國家工程技術中心成立了氫燃料電池材料研究中心，研發汽車用氫燃料電池催化劑材料，主要致力于鉑碳催化劑、鉑鈷合金催化劑、鉑鈷核殼結構催化劑的開發。2021年格林美公司開發的低成本鉑鈷催化劑材料活性和市場標樣相當，鉑催化劑銷售超過1000萬元，鉑族催化劑回收盈利模式初步形成。有消息稱，目前格林美公司研發的Pt/C催化劑與行業頭部企業同系列產品性能相當。同時，公司已和國際頭部車企開展氫燃料汽車智能拆解、電堆拆解、提取鉑等貴金屬技術的研究。江蘇龍蟠氫能源科技有限公司前身為江蘇鉑碳氫能源科技有限公司，是江蘇龍蟠科技股份有限公司（以下簡稱“龍蟠科技”）設立的全資子公司。2020年4月30日，龍蟠科技與中科院大連化物所簽訂《聯合實驗室戰略合作協議》，雙方宣布，將成立聯合實驗室，以燃料電池催化劑公斤級規模化量產技術的研究開發為核心，培養燃料電池催化劑量產技術高層次專門人才。5月1日龍蟠科技投資1億元成立江蘇鉑碳氫能源有限公司，主營燃料電池催化劑的研發和生產。今年1月，龍蟠氫能源公司與中國科學院大連化學物理研究所共同啟動PEM電解水制氫催化劑的研發項目。
2022-04-26
氫能觀察張贏63600
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