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需求上涨！氢燃料电池催化剂市场“升温”时间：2023-03-03 氢燃料电池汽车的应用推广正在为氢能发展奠定良好的产业基础。作为氢能应用的先导领域，氢燃料电池汽车在全球受到高度重视，我国也已在氢燃料电池汽车的应用推广领域不断取得新进展，并初步掌握了关键零部件等核心技术。随着氢能基础设施建设的不断完善，以及氢能产业链企业加紧补链强链，氢燃料电池汽车正在向更多场景推广示范应用，并带动氢能产业发展打开更大空间。 氢燃料电池目前“卡脖子”的关键技术之一是催化剂。此前，我国要发展氢能，所需的催化剂必须向国外进口。因为相关技术的壁垒颇高，催化剂作为上游拥有较大的话语权，进一步推升了下游成本，限制了我国氢能源燃料电池的发展。 我国需要自主研发的氢燃料电池相关的催化剂专利，才能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。
铂族金属现货价格行情，图源WPIC铂金投资 铂金催化剂是组成膜电极的重要材料，当燃料电池大规模推广应用时，铂金催化剂成本预计占电堆成本的40%以上，因此开发低铂高性能的膜电极是发展燃料电池技术的一个根本任务。燃料电池的性能正比于铂的载量和单位铂载量的性能，而单位铂载量的性能取决于铂的电化学活性比表面积（铂原子的利用率）、表面铂原子的催化活性和在燃料电池中氧气的传输效率。所以相同铂载量的膜电极，其发电性能可以差异很大。 根据庄信万丰（Johnson Matthey）的测算，早期每辆氢燃料电池汽车的铂含量为30-80克，铂消耗量为传统柴油车的3-8倍；近年来，随着技术进步，单车铂含量有所下降，目前海外最新的研究能够将铂用量降至0.06g/kW（约7.06g/辆），国内技术水平则为0.3g/kW，而丰田等第一梯队车企的商业化车型用量大约为0.17g/kW（约20g/辆）。
燃料电池汽车应用中铂需求增长趋势，图源世界铂金投资协会 氢燃料电池汽车可能是长距离或重载应用的最佳选择，由于氢气的能量密度优于电池，因此需要快速补充燃料。按重量单位计算，氢燃料汽车的续航里程比纯电池电动汽车更长。根据BNEF分析，当燃料电池电动车在重型和中型车的市场份额达到7%的情景下，每千瓦节省0.13克的铂金载量，加上300千瓦及以上的卡车在销售组合中占更大比例，到2030年，铂金需求可能会达到35万至40万盎司。 基于此，国产催化剂能否实现批量应用，对氢能行业发展意义重大。根据全球氢能整理，近年来，国内涌入催化剂赛道拟推动产品国产化替代的企业不在少数，包括南京东焱、优美科、氢电中科、中自环保、济平新能源、中科科创、格林美等。他们有的在技术上取得重大突破，有的在批量供应上实现新跨越。在这些企业的持续努力下，国内催化剂领域正在逐步迎来发展新局面。 1、中自科技 中自环保科技股份有限公司（股票代码：688737，简称：中自科技）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）以及氢燃料电池电催化剂等新材料、新能源技术研发，是一家集技术、研发、生产、销售、服务于一体的国家火炬计划重点高新技术企业。 在氢燃料电池电催化剂方面，中自科技已经开发出第一代SEC100铂碳催化剂和第二代SEC200具有核-壳结构的低铂催化剂。两代产品仍处于小试阶段，还未进行批量生产。SME系列膜电极产品，是中自环保基于自主研发的SEC系列电催化剂所开发的产品。 中自科技（688737.SH）2月24日在投资者互动平台表示，公司氢燃料电池用铂碳催化剂公斤级制备线已经建成并具备批量化生产能力，公司参与的“十三五”国家重点研发计划“高性能/抗中毒车用燃料电池催化剂的合成技术与批量制备”将于2023年10月结题，目前各项工作进展顺利，届时将形成2kg/批次的铂合金催化剂的制备能力；固态氧化物燃料电池（SOFC）已完成10*10 cm单电池的制备。 2、凯立新材 西安凯立新材料股份有限公司（简称“凯立新材”）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。 2月23日，凯立新材(688269)在互动平台回复投资者称，公司在研项目“氢能专项”中，质子交换膜燃料电池催化剂已实现公斤级批量试产，新工艺已进入中试阶段，该产品对应的客户领域是燃料电池用质子交换膜制造厂商，公司将结合实际经营及市场需求情况制定相应推广计划。 3、凯大催化 杭州凯大催化金属材料股份有限公司（简称“凯大催化”）主要从事贵金属催化材料的研发、生产和销售，也提供贵金属加工以及失效贵金属催化材料回收服务，具备与下游客户形成产品供应、失效产品回收的良性循环合作模式的能力。 凯大催化主要产品包括贵金属前驱体、贵金属催化剂，可广泛应用于内燃机尾气净化、化工、氢能源等众多行业领域。在氢能领域，凯大催化的氢燃料电池铂基催化剂已经实现了工业化批量化试生产，并送样至国内主流的燃料电池下游厂商试用，处于客户验证测试阶段。 2月20日，凯大催化（830974）北交所IPO发行价出炉，为6.26元/股，发行市盈率为16.89倍。本次登陆北交所，公司公开发行股份数量1000万股，募集资金总额为6260万元，用于工业厂房项目、新建年产1200吨催化材料项目、补充流动资金。 此前，2022年，凯大催化对膜电极企业亿氢科技战略投资2000万元并与其签订战略合作协议，通过合作，新产品铂基催化剂有望逐步打开氢燃料电池市场。除燃料电池催化剂外，公司也具备水电解制氢气贵金属催化材料的技术储备。 4、雄安新动力 2月10日，雄安新动力科技股份有限公司（简称“雄安新动力”）消息称，公司目前首条公斤级氢燃料电池催化剂生产线已完成试生产。产品为60%质量分数的Pt/C催化剂。其电化学活性面积和质量比活性分别高达84.7m2/g和199A/g，该指标均达到或者超过国际一线催化剂同类产品参数，符合设计使用要求。 新动力表示，目前我司正在将量产的催化剂应用于膜电极并开展膜电极性能及耐久性测试，测试完成前后将积极联系第三方检测机构开展ICP和TEM测试，以验证产品的综合性能、耐久性及一致性。最终实现产品定型生产。 据了解，新动力已于2019年与清华大学共同合作推进氢燃料电池催化剂项目。 5、南京东焱 南京东焱氢能源科技有限公司（简称“南京东焱”）催化剂产品已经达到国内领先水平，制成的催化剂浆料能够适应喷涂、涂布、转印等不同工艺，实现膜电极性能指标0.65V@1.8A/cm?。 南京东焱催化剂技术优势明显：纳米颗粒粒径分布均匀；电化学活性远优于传统Pt/C和商用合金催化剂；使用高温退火技术，催化剂寿命高于商用合金催化剂60%左右；通过改良载体和金属比例，拥有良好亲水性，有利于制备膜电极；在不加湿、PGM担载量低的条件下同样有很高的功率密度，真正实现高活性和降成本的目标。 6、氢电中科 氢电中科(广州)新能源设备有限公司（简称“氢电中科”）是一家致力于氢能燃料电池电源系统关键材料、部件开发和提供氢电应用解决方案的国际化合作公司。催化剂方面，氢电中科已建成自动化生产线，可批量生产铂碳催化剂和铂合金催化剂。其中铂合金催化剂是对负载在功能化处理后的铂碳催化剂进行合金化，优势明显，3万圈加速老化后电化学活性面积衰减＜30%。 氢电中科产品凭借极好的一致性现已顺利通过多家燃料电池领先企业的全过程验证，近期采用其催化剂产品的80kW/100kW/110kW燃料电池系统已通过国家强检，配套车型也上已榜工信部产品公告，将参与燃料电池汽车的应用示范。 7、格林美 当前，格林美股份有限公司（简称“格林美”）已经成立了氢燃料电池材料研究中心，研发车用氢燃料电池催化剂，其所开发的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。 1月3日，格林美（002340）在投资者互动平台表示，公司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。目前公司研发的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。 8、济平新能源 上海济平新能源科技有限公司（简称“济平新能源”）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。自2020年成立以来持续为下游客户提供燃料电池催化剂、电解水制氢催化剂等产品，并提供技术解决方案。 济平新能源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。 据了解，济平新能源催化剂业务范围已覆盖行业众多龙头企业，公司催化剂自动化产线已投入生产，催化剂年产量2吨，其性能较同类进口催化剂有明显提升，同时价格比进口产品低15%以上，真正做到打破国际技术封锁，降低下游客户成本。 相关阅读：济平新能源签署新一轮战略合作协议，续写氢能产业新篇章 目前，济平新能源在不断完善现有技术的同时也在研发第二代合金催化剂并部署第三代非铂催化剂的研究方向，同时在PEM电解水制氢市场，济平新能源进行了产线部署工作，加速推进PEM制氢设备企业的合作，“双管齐下”，助力中国氢能产业健康快速发展。 9、唐锋能源 上海唐锋能源科技有限公司（简称“唐锋能源”）长期致力于开发具有高比表面积高铂原子利用率以及高活性的铂碳催化剂、铂合金催化剂和铂基核壳催化剂，同时深入研究低铂带来的膜电极稳定性不佳和膜电极中氧气传输效率恶化的问题。基于发现的催化层微纳尺度传质和衰减的机理与规律，构筑阶梯特征的电极催化层构型并提高离子聚合物分布的均匀性，调控催化剂载体荷电状态、颗粒结构和分散状态，优化三相界面、强化体相传质和局域传质，有效解决了燃料电池中低铂载量和高功率密度放电之间的矛盾，低铂载量和燃料电池长寿命之间的矛盾，以及低铂载量和宽工况运行适应性的矛盾。 10、氢通能源 氢通（上海）新能源科技有限公司（简称“氢通能源”）2020年5月成立，总部位于上海，专注氢能源领域的氢燃料电池以及相关核心材料和关键零部件的研发和制造，并布局氢能产业相关产品的应用推广和示范运营。致力成为技术领先的全球化新能源科技企业，氢通与中科院上海有机所联合成立氢能源膜材料研究中心，与上海交通大学成立新能源联合开发中心，主攻低铂催化剂和高温质子交换膜两项行业“卡脖子”的核心材料。 11、贵研铂业 贵研铂业股份有限公司（简称“贵研铂业”）是国际五大知名贵金属公司之一，在燃料电池催化剂领域布局较早， 作为贵金属新材料龙头，贵研铂业已建立较为完整的贵金属产业链体系，是国内目前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、集产学研为一体的上市公司。 在氢燃料电池催化剂方面，贵研铂业表示目前涉及的主要还是燃料电池用铂碳催化剂的研发，但尚处于实验室验证阶段，尚无商品化的产品。 2022年6月，亿华通与贵研铂业子公司达成战略合作，双方将在燃料电池催化剂产品研究开发及铂资源回收等领域积极寻求合作机会，发挥各自在氢燃料电池开发、新材料技术方面的优势，着力解决燃料电池铂成本高及资源短缺等问题。 12、武汉喜马拉雅 武汉喜马拉雅光电科技股份有限公司（简称：武汉喜马拉雅）创立于2008年武汉光谷，是国家高新技术企业。公司集研发、生产、销售氢燃料电池及其核心部件等环保节能产品为一体。公司在燃料电池领域拥有自主知识产权近百余项，其中发明专利占比50%以上，拥有自主职时产权的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，应用氢燃料电池发动机系列已成功装车，正常运行近10万公里。 当前，武汉喜马拉雅Pt/C催化剂日产能力达到200g；催化剂粒径2-3nm之间；电化学活性面积可达90m?/g；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。 13、中科科创 宁波中科科创新能源科技有限公司（简称“中科科创”），专注于具有自主知识产权的高性能贵金属基纳米催化剂开发。已推出的HiCa系列纳米贵金属催化剂适用于氢-氧（空）质子交换膜燃料电池、直接醇类燃料电池和气体传感器等。该系列催化剂产品具有金属载量高，粒径小且可控、可调、分散度高，组成和结构一致性好，分散性佳等技术特点，双金属催化剂同时具有合金化程度高的优势，活性高、耐久性好。 依托于中科院上海高等研究院人才队伍和技术优中科科创现在拥有两大类燃料电池催化剂：铂基类催化剂、铂镍碳类催化剂。目前，中科科创主推的是高载量Pt/C催化剂，目前拥有规模化批量制备技术——独创晶格压应力；载量可调，粒径小且可控、可调，突破规模化制备组成和结构一致性的关键技术，且已经实现了公斤级规模化制备。 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。 14、西安凯立 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。 15、擎动科技 苏州擎动动力科技有限公司（简称“擎动科技”）是国内少数自主研发、设计、生产催化剂，并将其批量搭载至膜电极上的燃料电池核心关键材料制造企业。 擎动科技于2017年自主开发出第一款催化剂和膜电极产品，并在2019年投产自主开发的卷对卷直接涂布法的膜电极生产线，实现了从催化剂材料、膜电极设计、CCM涂布到膜电极封装的全生产工艺流程国产化。 目前，擎动科技已在苏州、常熟、上海和河南布局四大研发与生产中心，建成了年产1000kg的催化剂产线、年产200万片的全自动膜电极直接涂布生产线和膜电极封装生产线。 2022年5月，上海氢晨新能源科技有限公司（以下称“氢晨科技”）宣布拟通过换股方式全资收购擎动科技，战略整合后，擎动科技将成为氢晨科技的全资子公司，并继续相对独立的运营。
铂催化剂，图源擎动科技 当前，铂金属稀缺的问题已经引起了重视，同时，高成本等现实因素也成为了催化剂突破面临的问题。事实上，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。 降低成本与提高利用率一直是铂催化剂商业化应用期待突破的难关，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。 |
