需求上漲！氫燃料電池催化劑市場“升溫”
來源：氫能圈 2023-03-03
氫燃料電池汽車的應用推廣正在為氫能發展奠定良好的產業基礎。作為氫能應用的先導領域，氫燃料電池汽車在全球受到高度重視，我國也已在氫燃料電池汽車的應用推廣領域不斷取得新進展，并初步掌握了關鍵零部件等核心技術。隨著氫能基礎設施建設的不斷完善，以及氫能產業鏈企業加緊補鏈強鏈，氫燃料電池汽車正在向更多場景推廣示范應用，并帶動氫能產業發展打開更大空間。
氫燃料電池目前“卡脖子”的關鍵技術之一是催化劑。此前，我國要發展氫能，所需的催化劑必須向國外進口。因為相關技術的壁壘頗高，催化劑作為上游擁有較大的話語權，進一步推升了下游成本，限制了我國氫能源燃料電池的發展。
我國需要自主研發的氫燃料電池相關的催化劑專利，才能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。
鉑族金屬現貨價格行情，圖源WPIC鉑金投資
鉑金催化劑是組成膜電極的重要材料，當燃料電池大規模推廣應用時，鉑金催化劑成本預計占電堆成本的40%以上，因此開發低鉑高性能的膜電極是發展燃料電池技術的一個根本任務。燃料電池的性能正比于鉑的載量和單位鉑載量的性能，而單位鉑載量的性能取決于鉑的電化學活性比表面積（鉑原子的利用率）、表面鉑原子的催化活性和在燃料電池中氧氣的傳輸效率。所以相同鉑載量的膜電極，其發電性能可以差異很大。
根據莊信萬豐（Johnson Matthey）的測算，早期每輛氫燃料電池汽車的鉑含量為30-80克，鉑消耗量為傳統柴油車的3-8倍；近年來，隨著技術進步，單車鉑含量有所下降，目前海外最新的研究能夠將鉑用量降至0.06g/kW（約7.06g/輛），國內技術水平則為0.3g/kW，而豐田等第一梯隊車企的商業化車型用量大約為0.17g/kW（約20g/輛）。
燃料電池汽車應用中鉑需求增長趨勢，圖源世界鉑金投資協會
氫燃料電池汽車可能是長距離或重載應用的最佳選擇，由于氫氣的能量密度優于電池，因此需要快速補充燃料。按重量單位計算，氫燃料汽車的續航里程比純電池電動汽車更長。根據BNEF分析，當燃料電池電動車在重型和中型車的市場份額達到7%的情景下，每千瓦節省0.13克的鉑金載量，加上300千瓦及以上的卡車在銷售組合中占更大比例，到2030年，鉑金需求可能會達到35萬至40萬盎司。
基于此，國產催化劑能否實現批量應用，對氫能行業發展意義重大。根據全球氫能整理，近年來，國內涌入催化劑賽道擬推動產品國產化替代的企業不在少數，包括南京東焱、優美科、氫電中科、中自環保、濟平新能源、中科科創、格林美等。他們有的在技術上取得重大突破，有的在批量供應上實現新跨越。在這些企業的持續努力下，國內催化劑領域正在逐步迎來發展新局面。
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中自科技
中自環保科技股份有限公司（股票代碼：688737，簡稱：中自科技）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）以及氫燃料電池電催化劑等新材料、新能源技術研發，是一家集技術、研發、生產、銷售、服務于一體的國家火炬計劃重點高新技術企業。
在氫燃料電池電催化劑方面，中自科技已經開發出第一代SEC100鉑碳催化劑和第二代SEC200具有核-殼結構的低鉑催化劑。兩代產品仍處于小試階段，還未進行批量生產。SME系列膜電極產品，是中自環保基于自主研發的SEC系列電催化劑所開發的產品。
中自科技（688737.SH）2月24日在投資者互動平臺表示，公司氫燃料電池用鉑碳催化劑公斤級制備線已經建成并具備批量化生產能力，公司參與的“十三五”國家重點研發計劃“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術與批量制備”將于2023年10月結題，目前各項工作進展順利，屆時將形成2kg/批次的鉑合金催化劑的制備能力；固態氧化物燃料電池（SOFC）已完成10*10 cm單電池的制備。
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凱立新材
西安凱立新材料股份有限公司（簡稱“凱立新材”）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。
2月23日，凱立新材(688269)在互動平臺回復投資者稱，公司在研項目“氫能專項”中，質子交換膜燃料電池催化劑已實現公斤級批量試產，新工藝已進入中試階段，該產品對應的客戶領域是燃料電池用質子交換膜制造廠商，公司將結合實際經營及市場需求情況制定相應推廣計劃。
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凱大催化
杭州凱大催化金屬材料股份有限公司（簡稱“凱大催化”）主要從事貴金屬催化材料的研發、生產和銷售，也提供貴金屬加工以及失效貴金屬催化材料回收服務，具備與下游客戶形成產品供應、失效產品回收的良性循環合作模式的能力。
凱大催化主要產品包括貴金屬前驅體、貴金屬催化劑，可廣泛應用于內燃機尾氣凈化、化工、氫能源等眾多行業領域。在氫能領域，凱大催化的氫燃料電池鉑基催化劑已經實現了工業化批量化試生產，并送樣至國內主流的燃料電池下游廠商試用，處于客戶驗證測試階段。
2月20日，凱大催化（830974）北交所IPO發行價出爐，為6.26元/股，發行市盈率為16.89倍。本次登陸北交所，公司公開發行股份數量1000萬股，募集資金總額為6260萬元，用于工業廠房項目、新建年產1200噸催化材料項目、補充流動資金。
此前，2022年，凱大催化對膜電極企業億氫科技戰略投資2000萬元并與其簽訂戰略合作協議，通過合作，新產品鉑基催化劑有望逐步打開氫燃料電池市場。除燃料電池催化劑外，公司也具備水電解制氫氣貴金屬催化材料的技術儲備。
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雄安新動力
2月10日，雄安新動力科技股份有限公司（簡稱“雄安新動力”）消息稱，公司目前首條公斤級氫燃料電池催化劑生產線已完成試生產。產品為60%質量分數的Pt/C催化劑。其電化學活性面積和質量比活性分別高達84.7m2/g和199A/g，該指標均達到或者超過國際一線催化劑同類產品參數，符合設計使用要求。
新動力表示，目前我司正在將量產的催化劑應用于膜電極并開展膜電極性能及耐久性測試，測試完成前后將積極聯系第三方檢測機構開展ICP和TEM測試，以驗證產品的綜合性能、耐久性及一致性。最終實現產品定型生產。
據了解，新動力已于2019年與清華大學共同合作推進氫燃料電池催化劑項目。
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南京東焱
南京東焱氫能源科技有限公司（簡稱“南京東焱”）催化劑產品已經達到國內領先水平，制成的催化劑漿料能夠適應噴涂、涂布、轉印等不同工藝，實現膜電極性能指標0.65V@1.8A/cm2。
南京東焱催化劑技術優勢明顯：納米顆粒粒徑分布均勻；電化學活性遠優于傳統Pt/C和商用合金催化劑；使用高溫退火技術，催化劑壽命高于商用合金催化劑60%左右；通過改良載體和金屬比例，擁有良好親水性，有利于制備膜電極；在不加濕、PGM擔載量低的條件下同樣有很高的功率密度，真正實現高活性和降成本的目標。
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氫電中科
氫電中科(廣州)新能源設備有限公司（簡稱“氫電中科”）是一家致力于氫能燃料電池電源系統關鍵材料、部件開發和提供氫電應用解決方案的國際化合作公司。催化劑方面，氫電中科已建成自動化生產線，可批量生產鉑碳催化劑和鉑合金催化劑。其中鉑合金催化劑是對負載在功能化處理后的鉑碳催化劑進行合金化，優勢明顯，3萬圈加速老化后電化學活性面積衰減＜30%。
氫電中科產品憑借極好的一致性現已順利通過多家燃料電池領先企業的全過程驗證，近期采用其催化劑產品的80kW/100kW/110kW燃料電池系統已通過國家強檢，配套車型也上已榜工信部產品公告，將參與燃料電池汽車的應用示范。
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格林美
當前，格林美股份有限公司（簡稱“格林美”）已經成立了氫燃料電池材料研究中心，研發車用氫燃料電池催化劑，其所開發的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。
1月3日，格林美（002340）在投資者互動平臺表示，公司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。目前公司研發的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。
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濟平新能源
上海濟平新能源科技有限公司（簡稱“濟平新能源”）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。自2020年成立以來持續為下游客戶提供燃料電池催化劑、電解水制氫催化劑等產品，并提供技術解決方案。
濟平新能源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。
據了解，濟平新能源催化劑業務范圍已覆蓋行業眾多龍頭企業，公司催化劑自動化產線已投入生產，催化劑年產量2噸，其性能較同類進口催化劑有明顯提升，同時價格比進口產品低15%以上，真正做到打破國際技術封鎖，降低下游客戶成本。
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目前，濟平新能源在不斷完善現有技術的同時也在研發第二代合金催化劑并部署第三代非鉑催化劑的研究方向，同時在PEM電解水制氫市場，濟平新能源進行了產線部署工作，加速推進PEM制氫設備企業的合作，“雙管齊下”，助力中國氫能產業健康快速發展。
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唐鋒能源
上海唐鋒能源科技有限公司（簡稱“唐鋒能源”）長期致力于開發具有高比表面積高鉑原子利用率以及高活性的鉑碳催化劑、鉑合金催化劑和鉑基核殼催化劑，同時深入研究低鉑帶來的膜電極穩定性不佳和膜電極中氧氣傳輸效率惡化的問題。基于發現的催化層微納尺度傳質和衰減的機理與規律，構筑階梯特征的電極催化層構型并提高離子聚合物分布的均勻性，調控催化劑載體荷電狀態、顆粒結構和分散狀態，優化三相界面、強化體相傳質和局域傳質，有效解決了燃料電池中低鉑載量和高功率密度放電之間的矛盾，低鉑載量和燃料電池長壽命之間的矛盾，以及低鉑載量和寬工況運行適應性的矛盾。
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氫通能源
氫通（上海）新能源科技有限公司（簡稱“氫通能源”）2020年5月成立，總部位于上海，專注氫能源領域的氫燃料電池以及相關核心材料和關鍵零部件的研發和制造，并布局氫能產業相關產品的應用推廣和示范運營。致力成為技術領先的全球化新能源科技企業，氫通與中科院上海有機所聯合成立氫能源膜材料研究中心，與上海交通大學成立新能源聯合開發中心，主攻低鉑催化劑和高溫質子交換膜兩項行業“卡脖子”的核心材料。
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貴研鉑業
貴研鉑業股份有限公司（簡稱“貴研鉑業”）是國際五大知名貴金屬公司之一，在燃料電池催化劑領域布局較早， 作為貴金屬新材料龍頭，貴研鉑業已建立較為完整的貴金屬產業鏈體系，是國內目前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、集產學研為一體的上市公司。
在氫燃料電池催化劑方面，貴研鉑業表示目前涉及的主要還是燃料電池用鉑碳催化劑的研發，但尚處于實驗室驗證階段，尚無商品化的產品。
2022年6月，億華通與貴研鉑業子公司達成戰略合作，雙方將在燃料電池催化劑產品研究開發及鉑資源回收等領域積極尋求合作機會，發揮各自在氫燃料電池開發、新材料技術方面的優勢，著力解決燃料電池鉑成本高及資源短缺等問題。
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武漢喜馬拉雅
武漢喜馬拉雅光電科技股份有限公司（簡稱：武漢喜馬拉雅）創立于2008年武漢光谷，是國家高新技術企業。公司集研發、生產、銷售氫燃料電池及其核心部件等環保節能產品為一體。公司在燃料電池領域擁有自主知識產權近百余項，其中發明專利占比50%以上，擁有自主職時產權的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，應用氫燃料電池發動機系列已成功裝車，正常運行近10萬公里。
當前，武漢喜馬拉雅Pt/C催化劑日產能力達到200g；催化劑粒徑2-3nm之間；電化學活性面積可達90m2/g；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。
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中科科創
寧波中科科創新能源科技有限公司（簡稱“中科科創”），專注于具有自主知識產權的高性能貴金屬基納米催化劑開發。已推出的HiCa系列納米貴金屬催化劑適用于氫-氧（空）質子交換膜燃料電池、直接醇類燃料電池和氣體傳感器等。該系列催化劑產品具有金屬載量高，粒徑小且可控、可調、分散度高，組成和結構一致性好，分散性佳等技術特點，雙金屬催化劑同時具有合金化程度高的優勢，活性高、耐久性好。
依托于中科院上海高等研究院人才隊伍和技術優中科科創現在擁有兩大類燃料電池催化劑：鉑基類催化劑、鉑鎳碳類催化劑。目前，中科科創主推的是高載量Pt/C催化劑，目前擁有規模化批量制備技術——獨創晶格壓應力；載量可調，粒徑小且可控、可調，突破規模化制備組成和結構一致性的關鍵技術，且已經實現了公斤級規模化制備。
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。
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西安凱立
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。
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擎動科技
蘇州擎動動力科技有限公司（簡稱“擎動科技”）是國內少數自主研發、設計、生產催化劑，并將其批量搭載至膜電極上的燃料電池核心關鍵材料制造企業。
擎動科技于2017年自主開發出第一款催化劑和膜電極產品，并在2019年投產自主開發的卷對卷直接涂布法的膜電極生產線，實現了從催化劑材料、膜電極設計、CCM涂布到膜電極封裝的全生產工藝流程國產化。
目前，擎動科技已在蘇州、常熟、上海和河南布局四大研發與生產中心，建成了年產1000kg的催化劑產線、年產200萬片的全自動膜電極直接涂布生產線和膜電極封裝生產線。
2022年5月，上海氫晨新能源科技有限公司（以下稱“氫晨科技”）宣布擬通過換股方式全資收購擎動科技，戰略整合后，擎動科技將成為氫晨科技的全資子公司，并繼續相對獨立的運營。
鉑催化劑，圖源擎動科技
當前，鉑金屬稀缺的問題已經引起了重視，同時，高成本等現實因素也成為了催化劑突破面臨的問題。事實上，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。
降低成本與提高利用率一直是鉑催化劑商業化應用期待突破的難關，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。
