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研究进展:氢燃料电池是生产清洁和可再生能源的一种很有前途的技术,但其阴极材料的成本和活性是商业化的主要挑战。许多燃料电池需要昂贵的铂基催化剂-启动和加速化学反应的物质-以帮助将可再生燃料转化为电能。为了使氢燃料电池在商业上可行,科学家们正在寻找更廉价的催化剂,提供与纯铂同样的效率。
在全世界范围内寻找燃料电池正极材料的过程中,阿克伦大学的研究人员开发了一种合成催化剂的新方法-铂和镍-这些金属可以形成八面体(八面)形状的纳米粒子。虽然科学家已经确定这种催化剂是最有效的取代纯铂的催化剂之一,但他们尚未完全了解为什么它以八面体的形式生长。为了更好地理解成长过程,阿克伦大学的研究人员与多个机构合作,包括布鲁克海文及其NSLS-II。
国内研发现状:据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国燃料电池催化剂市场竞争策略及投资可行性研究报告》统计数据显示:2019年以前中国使用的燃料电池催化剂也都是进口的,2019年中国首家能实现氢燃料电池关键核心材料催化剂和气体扩散层自主量产的企业,在上海投产并交付新产品,标志着我国首次打破了这一领域的国际垄断。对氢燃料汽车未来发展将形成重大利好。一方面,可降低国内氢燃料电池成本。据了解,一辆小车大约需要8克催化剂,如果按400元/克计算,氢燃料电池催化剂成本在3200元左右,和国外产品相比,国内产品成本可降低20%-30%,而且后期还有进一步降低的空间。另一方面,国外垄断企业往往难以服务到位,国产化后,可以为下游企业提供更加及时完整全面的技术服务。
国内企业及产量:中金企信国际咨询专业编制《燃料电池催化剂项目可行性研究报告》为企业投融资、项目立项、银行贷款申请、批地申请等提供专业化优质服务。2019年中国市场氢燃料电池催化剂出货量为524.25kg,市场规模为1.80亿元,。其中89%的量是以出售催化剂和膜电极的形式进入市场,剩余以电堆或系统的形式进入市场。以电堆形式进入国内市场的主要是PowerCell、Hydrogenics、丰田等企业向国内出售电堆。以系统的形式进入市场主的要是国内部分燃料电池企业自产催化剂。
中金企信国际咨询统计数显示:2019年国内现有燃料电池催化剂企业15家,而在国内市场活跃的国外氢燃料电池催化剂供应商有田中贵金属(TKK)、庄信万丰(JM)、Umicore、Premetek、CALATER等。国内氢燃料电池催化剂市场主要被国外企业占据,约占市场75%-82%份额。
产业前景:中国对于燃料电池发展支持处于循序渐进状态,我国从2001年就确立了“863计划电动汽车重大专项”项目,确定三纵三横战略,以纯电动、混合电动和燃料电池汽车为三纵,以多能源动力总成控制、驱动电机和动力蓄电池为三横。近期随着燃料电池产业发展逐渐成熟,中国在燃料电池领域的规划纲要和战略定调已经出现苗头,支持力度逐渐加大,政策从产业规划、发展路线和补贴扶持全方位支持燃料电池产业发展。
2016年11月29日,《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出系统推进燃料电池汽车研发和产业化。加强燃料电池基础材料与过程机理研究,推动高性能低成本燃料电池材料和系统关键部件研发。加快提升燃料电池堆系统可靠性和工程化水平,完善相关技术标准。推动车载储氢系统以及氢制备、储运和加注技术发展,推进加氢站建设。到2020年,实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。
地方政府中,富氢优势、弃电较多或者产业领先为代表的地区重视燃料电池发展。多地市兴建氢能产业园区,氢能小镇和产业集群等,推动燃料电池公交、物流车示范运营,截至目前超过20地市明确推动氢燃料电池产业发展。目前仅上海、武汉、山东、苏州、张家口、佛山、盐城和大同等地规划显示,到2020年燃料电池汽车数量将超过1.5万辆。
随着国内燃料电池市场发展和国家政策的不断鼓励和扶持,国内催化剂需求量将会快速增长。专家表示,燃料电池催化剂在电堆成本中将一直占据很大比例。电堆规模扩大,但燃料电池用催化剂的成本受制于贵金属铂而降幅有限,因此催化剂在电堆中的成本占比将越来越大。从以上分析可知,为了降低质子交换膜燃料电池成本,未来主要努力方向之一是降低质子交换膜燃料电池催化剂的成本和用量。