我国正在氢燃料电池发展之路的上坡中艰难前行。近几年，受制于燃料电池电堆的高成本问题，氢燃料电池产业链未能“大展拳脚”。在燃料电池电堆产业链中，上游碳纤维、镍、铬涂层金属以及铂金贵金属等材料的稀缺直接导致中游催化剂、双极板、质子交换膜等关键部件的成本居高不下。氢燃料电池目前“卡脖子”的关键技术就是催化剂。一直以来，我国都在从国外大量进口燃料电池催化剂，不仅成本高昂，且封锁了相关技术。这也直接产生了连锁反应，成本上，不断叠加的关键零部件造成燃料电池电堆产业化推进困难；技术上，极大程度地限制了我国氢燃料电池产业链的国产化，推升下游产品技术壁垒增加。作为燃料电池电堆的核心材料，催化剂的综合性能与国产化直接关系到我国燃料电池技术的核心竞争力及其产业化前景。此外，催化剂也是五部委关于燃料电池汽车示范城市群政策重点支持技术攻关的 8 大核心部件之一。目前燃料电池催化剂相关知识产权主要掌握在西方少数发达国家手中，导致其在电堆中占据很大一部分成本。根据美国能源部测算，当氢燃料电池电堆年出货量 50 万台时，催化剂成本将占电堆生产成本的 41%，显著高于电堆的其他部件。催化剂是燃料电池电堆的核心部件，主要由碳载体和铂或铂合金组成，起到催化燃料电池内化学反应的作用。我国需要尽快突破燃料电池催化剂“卡脖子”技术，拥有自主研发的氢燃料电池相关的催化剂专利，从源头上解决氢能源的第一道关。目前氢燃料电池的催化剂主要分为三个大类：铂(Pt)催化剂，低铂催化剂和非铂催化剂。其中低铂催化剂分为核壳类催化剂与纳米结构催化剂，非铂催化剂分为钯基催化剂、非贵金属催化剂与非金属催化剂。Pt作为好的催化剂可以吸附氢气分子促成离解，是目前商用的首选，不过Pt的稀缺性很强，我国储量也不丰富，日后氢燃料电池普及一定会使得需求增加，也会导致Pt的价格更高，给目前氢能发展造成更多阻力。目前比较常用的阳极材料是Pt/C，一种将Pt的纳米颗粒分散在碳粉载体上的搭载性催化剂。而阴极材料除了Pt/C之外，可以以其他二元合金的来做催化，如Pt-Co/C、Pt-Pb/C、Pt-Ni/C。摆脱对铂的依赖可以通过铂的各种合金来可以降低其含量。另外一些新的探索也在路上：从木耳中提取的BF-N-950催化剂、MCOs活性位点的表面限制双核Cu氧化还原催化剂、氮化镍等等。国外催化剂用量已实现<0.2g/kW，而我国催化剂用量普遍处于0.3-0.4g/kW的水平。因此低铂和非铂催化剂的开发成为降低燃料电池成本的关键。全球催化剂厂商三巨头为德国巴斯夫（BASF）、英国庄信万丰（JohnsonMatthey）、比利时优美科（Umicore），三者全球市占率占比约90%，国内市场占有率约70%。已经能够实现批量化生产（大于10kg/批次），而且性能稳定，可靠性高。在国内，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大化所”）目前有消息称已在燃料电池催化剂研究中取得重要进展。大化所在高稳定性铂基氧还原反应电催化剂研究方面，研究出一种具有超高稳定性的核壳结构铂铑合金（PtRh/Pt）氧还原反应电催化剂，并揭示该铂铑合金电催化剂核壳结构的协同稳定机制，为设计高稳定Pt基氧还原反应电催化剂提供了重要思路。相关研究成果已发表于ACS Catalysis。上海济平新能源科技有限公司（以下简称“济平新能源”）成立于2018年8月，是国内第一家实现氢能和燃料电池催化剂批量化生产的科技型企业。拥有全国首条完全自主知识产权的全自动催化剂生产产线，单条产线年产量可达2吨，产值超6亿元。企业已经研制出多款催化剂产品，各项指标均超同类进口产品，同时在此基础上，研发第二代合金催化剂和第三代非铂催化剂。目前，济平新能源催化剂产品品类包括多款燃料电池催化剂和PEM电解水制氢催化剂。2021年，济平催化剂占国产催化剂市场份额达95%以上，并实现国产催化剂出口零的突破。武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司（以下简称“喜玛拉雅”）自2015年与清华大学签订氢燃料电池技术开发合同以来，就致力于打造高水平的国产化燃料电池及其动力系统研发及产业化基地。自2015 年初利用清华大学催化剂制备工艺开展Pt/C 催化剂量产技术攻关。历时两年多，攻克了燃料电池催化剂量产技术，产能达到1200g/天规模（可满足40台36kw燃料电池电堆使用），并具备大规模工业化生产条件。量产Pt/C 催化剂主要包括40wt%、50wt%、60wt%、70wt%几种规格，具有高活性、高稳定性、低成本优势。目前喜玛拉雅已完成燃料电池用催化剂、膜电极、双极板等关键材料的研发和生产能力的建设，喜玛拉雅生产的Pt催化剂、膜电极、电堆及车用动力系统，已被国内外多家企业采购应用。贵研铂业股份有限公司（以下简称“贵研铂业”）从事贵金属及贵金属材料研究，开发和生产经营的国家级高新技术企业，也是国内唯一在贵金属材料领域拥有系列核心技术和完整创新体系及产学研为一体的上市公司。贵研铂业被称为业界国内燃料电池催化剂第一股，业务领域涵盖了贵金属合金材料化学品、电子浆料、汽车催化剂、工业催化剂、金银及铂族金属二次资源循环利用、贵金属商务贸易和分析检测。其生产产品涵盖390多个品种、4000余种规格，产品已广泛应用于汽车、电子信息、国防工业、新能源、石油、化学化工、生物医药、建材、环境保护等行业。中自环保科技股份有限公司（以下简称“中自环保”）创建于2005年，位于成都高新西区。公司以催化剂技术为核心，致力于天然气（CNG/LNG)、柴油、汽油等燃料发动机排放后处理催化剂（器）以及氢燃料电池催化剂，是集技术、研发、生产、销售、咨询于一体的一站式服务集团公司，也是国家火炬计划重点高新技术企业。据了解，中自环保自成立以来，一直从事环保催化剂的研发、生产和销售，在尾气处理催化剂领域积累了深厚的经验，掌握了贵金属高分散高稳定等关键催化剂技术，该等技术亦是氢燃料电池电催化剂的重点技术研发方向。目前，中自环保已研制成功第一代铂碳催化剂，具有活性高、稳定性好、电化学活性面积大、低成本等特点。2021年6月28日，中自环保首发申请获上交所上市委员会通过，将于上交所科创板上市。公司首次公开发行的股票不超过2150.87万股，占发行后总股本的25.00%。南京东焱氢能源科技有限公司（以下简称“南京东焱”）是一家由南京大学、南京市麒麟科技创新园以及江苏启迪科技园发展有限公司共同创办的高新技术企业，从事燃料电池核心原材料的研发、生产与销售。2015年12月，南京东焱成立，致力于纳米催化剂材料的研发、生产、销售和技术服务。南京东焱拥有多项发明专利，拥有质子交换膜燃料电池催化剂DOIN-PCO系列，电解水制氢催化剂DOIN-PN系列，直接甲醇燃料电池催化剂DOIN-PT系列等多种材料产品。南京东焱氢燃料电池催化剂产品曾获得“高新技术产品”称号，销往国内外知名氢燃料电池领域公司。西安凯立新材料股份有限公司（以下简称“西安凯立”）主要从事贵金属催化剂的研发与生产、催化应用技术的研究开发、废旧贵金属催化剂的回收及再加工等业务，为我国精细化工领域技术领先的贵金属催化剂供应商，开发的多种贵金属催化剂产品实现了进口替代。自西安凯立成立以来，已研究、开发出了活性炭负载，氧化物负载，有机物负载贵金属催化剂，均相催化剂，手性催化剂，专用催化剂等上百种催化剂，以及一百多种催化合成/反应工艺技术。西安凯立拥有钯系列催化剂、铂系列催化剂、钌系列催化剂、铑系列催化剂等多种产品，现有多种催化剂制备技术，拥有授权发明专利76项。宁波中科科创新能源科技有限公司（以下简称“中科科创”）依托于中国科学院上海高等研究院的人才队伍和技术优势，致力于贵金属基纳米催化剂和燃料电池电催化剂研发、规模生产和推广应用的新能源企业。中科科创拥有多项核心技术，推出的Hica系列纳米催化剂适用于石油化工、医药工业、电子工业、香料工业、染料工业和其他精细化工的加氢还原工艺。电催化剂适用于氢—氧（空）质子交换膜燃料电池、固体电解质水电解、直接醇类燃料电池、金属—空气电池等，产品具有水溶性好、分散性佳、颗粒大小均匀等特点。目前中科科创拥有2.8nm、3.1nm、3.8nm粒径的铂碳催化剂，3.8nm、4.6nm的钯碳催化剂等多种型号催化剂，还提供低载量（0.1~20wt.%）的铂碳、钯碳，纳米氧化铱、纳米金催化剂等。格林美股份有限公司（以下简称“格林美”）主营业务是回收利用废旧电池、电子废弃物等废弃资源循环再造高技术产品，是中国对电子废弃物、废旧电池进行经济化、规模化循环利用的领先企业之一。格林美拥有多家全资子公司，拥有完整的资源循环产业链发展体系。此前，格林美在位于湖北荆门的国家工程技术中心成立了氢燃料电池材料研究中心，研发汽车用氢燃料电池催化剂材料，主要致力于铂碳催化剂、铂钴合金催化剂、铂钴核壳结构催化剂的开发。2021年格林美公司开发的低成本铂钴催化剂材料活性和市场标样相当，铂催化剂销售超过1000万元，铂族催化剂回收盈利模式初步形成。有消息称，目前格林美公司研发的Pt/C催化剂与行业头部企业同系列产品性能相当。同时，公司已和国际头部车企开展氢燃料汽车智能拆解、电堆拆解、提取铂等贵金属技术的研究。江苏龙蟠氢能源科技有限公司前身为江苏铂碳氢能源科技有限公司，是江苏龙蟠科技股份有限公司（以下简称“龙蟠科技”）设立的全资子公司。2020年4月30日，龙蟠科技与中科院大连化物所签订《联合实验室战略合作协议》，双方宣布，将成立联合实验室，以燃料电池催化剂公斤级规模化量产技术的研究开发为核心，培养燃料电池催化剂量产技术高层次专门人才。5月1日龙蟠科技投资1亿元成立江苏铂碳氢能源有限公司，主营燃料电池催化剂的研发和生产。今年1月，龙蟠氢能源公司与中国科学院大连化学物理研究所共同启动PEM电解水制氢催化剂的研发项目。
2022-04-26
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