寫稿
投稿
氫燃料電池催化劑是什么？
在燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)中，主要涉及兩個(gè)反應(yīng)，分別是陽極的氫氧化（HOR）和陰極的氧還原（ORR）。
陽極的電化學(xué)反應(yīng)過程很快，陰極的反應(yīng)過程緩慢，為提高燃料電池的整體反應(yīng)效率，需要用到催化劑來提高陰極的反應(yīng)速率。目前市場(chǎng)應(yīng)用的主流催化劑是碳載體上擔(dān)載鉑的Pt/C催化劑。
鉑作為貴金屬應(yīng)用在催化劑中，使得催化劑成本居高不下，鉑的價(jià)格上漲導(dǎo)致氫燃料電池成本增加。我國(guó)的鉑儲(chǔ)量也不算豐富，無法依靠增加鉑的開采量來降低催化劑的生產(chǎn)成本。
在無法“開源”的情況下，國(guó)內(nèi)企業(yè)選擇了探索“節(jié)流”的道路。
如何在保持高活性催化的同時(shí)降低鉑的使用量，提高催化劑的利用率，成為國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。
研究表明，通過優(yōu)化催化劑的結(jié)構(gòu)和組分，可以在保持催化活性的同時(shí)，降低鉑金的用量。
雖然我國(guó)的氫燃料電池催化劑研發(fā)速度較為緩慢，國(guó)外企業(yè)也對(duì)我們進(jìn)行著技術(shù)封鎖，但目前仍有許多企業(yè)已經(jīng)在催化劑研究方面取得了進(jìn)步。
武漢喜瑪拉雅
喜瑪拉雅已經(jīng)完成燃料電池用催化劑、膜電極、雙極板等關(guān)鍵材料的研發(fā)和生產(chǎn)能力的建設(shè)。
公司表示，當(dāng)前Pt/C催化劑日產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到200g，催化劑粒徑2-3nm之間；電化學(xué)活性面積可達(dá)到90m2/g，量產(chǎn)的Pt/C催化劑主要包括40wt%、50wt%、60wt%、70wt%幾種規(guī)格，具有高活性、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低的優(yōu)勢(shì)。
貴研鉑業(yè)
2022年6月，貴研鉑業(yè)全資子公司貴研新材料與億華通簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，在燃料電池催化劑產(chǎn)品研究開發(fā)和鉑資源回收等領(lǐng)域積極尋求合作機(jī)會(huì)。目前，貴研新材料的燃料電池催化劑相關(guān)產(chǎn)品仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。
雄安新動(dòng)力
今年2月，雄安新動(dòng)力稱，公司目前首條公斤級(jí)氫燃料電池催化劑生產(chǎn)線已經(jīng)完成試生產(chǎn)。產(chǎn)品為60%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Pt/C催化劑。其電化學(xué)活性面積和質(zhì)量比活性分別高達(dá)84.7m2/g和199A/g，該指標(biāo)均達(dá)到或者超過國(guó)際一線催化劑同類產(chǎn)品參數(shù)，符合設(shè)計(jì)使用要求。
格林美
今年1月，格林美表示公司成立了氫電池材料研究中心，研發(fā)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(jié)構(gòu)催化劑的開發(fā)。其所開發(fā)的Pt/C催化劑與行業(yè)頭部企業(yè)同系列產(chǎn)品性能相當(dāng)。同時(shí)格林美還與國(guó)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(shù)的研究。
通過這幾家企業(yè)近年來發(fā)布的消息可以看出，大部分企業(yè)的進(jìn)度仍在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，不過其中也有企業(yè)實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模的量產(chǎn)，催化劑的國(guó)產(chǎn)化替代指日可待。
現(xiàn)階段我國(guó)早已邁出催化劑國(guó)產(chǎn)化的第一步，但未來的大批量應(yīng)用仍是萬里長(zhǎng)征。
雖然我國(guó)的企業(yè)致力于催化劑國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，也初見成效，不過由于燃料電池的快速發(fā)展，對(duì)于催化劑的需求也是水漲船高，僅依靠國(guó)產(chǎn)尚且不能滿足市場(chǎng)需求。因此，田中貴金屬、莊信萬豐、優(yōu)美科等外企仍占據(jù)著燃料電池催化劑的市場(chǎng)主要份額。
數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)催化劑用量處在0.4g/kW的水平，而國(guó)外催化劑用量已經(jīng)實(shí)現(xiàn)<0.2g/kW。
一直以來我國(guó)都在大量進(jìn)口催化劑，成本高昂，相關(guān)技術(shù)也被封鎖。催化劑作為膜電極的核心材料，直接影響著燃料電池的性能表現(xiàn)。
國(guó)產(chǎn)催化劑能否批量應(yīng)用，關(guān)系到氫能行業(yè)的發(fā)展前景。
國(guó)內(nèi)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)催化劑研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量逐漸增加，這些企業(yè)在探索批量化生產(chǎn)的方向，以期實(shí)現(xiàn)催化劑產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化替代，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)催化劑商業(yè)化，進(jìn)一步打開市場(chǎng)局面。
（作者：安熠）
