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【原创】催化剂国产化“高歌猛进”
燃料电池| 催化剂 文章来源自:高工氢电网
2023-05-23 13:30:31 阅读:3866
摘要国产催化剂装车应用正在稳步提升。


作为膜电极的关键核心材料,催化剂在很大程度上直接影响着燃料电池的性能表现,而相比质子交换膜和气体扩散层,催化剂的国产化进展更为迅猛,并且开始部分替代进口。

 

“公司在一季度已经接到了不少意向订单,预计今年催化剂的销售额有望在去年的基础上有较大的增长,三季度的表现才是关键。”中科科创总经理邹亮亮表示,随着产品一致性和稳定性的提升,下游客户对国产催化剂的认可度也在不断提高,公斤级的采购也开始逐渐增加。


事实上,像中科科创这样推进催化剂国产化替代的本土企业不在少数,包括深航院、氢电中科、济平新能源、中自环保、凯立新材、格林美、凯大催化、新动力等多家国内公司都开始加快市场布局。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。在他们的共同持续努力下,催化剂的国产化率正在稳步提升。


国产阵营持续扩大 市场竞争加剧


总体上看,当前燃料电池催化剂的市场份额依然主要被外商占据。现阶段,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等。不过,随着这两年国产催化剂企业的努力,国产市场份额正在稳步提升。

 

在国内主要催化剂企业中,目前中科科创、济平新能源、深航院、氢电中科等企业都表现不错,开始具备批量供货能力的国产催化剂企业越来越多。

 

“氢城示范政策更鼓励使用国产零部件和原材料,这给上游材料企业带来了难得的改进追赶时间。”国内一家电堆企业的市场负责人表示,目前燃料电池的国产化率正在向100%的目标靠近,催化剂的国产化瓶颈已经突破,未来随着用量的增长,国产化率也会逐步提升。

 

示范城市政策的带动下,一些上市公司开始加紧推进燃料电池催化剂的产业化。今年以来,不少企业商用进程明显加快。

 

5月16日,凯立新材在答投资者提问时表示,公司的质子交换膜燃料电池催化剂新工艺已实现公斤级批量生产,并且推出商业化产品,正在和下游积极对接中;PEM电解水制氢催化剂完成百克级放大,进入客户推广试用阶段。

 

5月5日,格林美在答投资者提问时表示,公司氢燃料电池材料研究中心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。

 

4月下旬,中自科技在其一季报中披露,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“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”国家重点研发计划各项工作进展顺利。

 

2月20日,凯大催化(830974)登录北交所IPO,其在氢能领域主要布局催化剂。据其公开资料,凯大催化的氢燃料电池铂基催化剂目前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。

 

1月11日,新动力(300152)在投资者互动平台表示,公司目前首条氢燃料电池催化剂生产线已完成联机调试,带负荷试运营正常,正式的投料试生产已完成并顺利完成生产验收,这也标志着其正式具备燃料电池催化剂连续工业化的生产技术能力。

 

国内企业加紧布局的同时,整个市场的竞争态势也愈发激烈,随着国产催化剂的企业逐渐放量,催化剂价格也开始快速下降,在新的市场需求没有出现爆发的情况下,催化剂领域甚至开始面临产能过剩的局面。

 

“在过去的一年里,催化剂的价格有30%左右的降幅。”国内一家催化剂企业高层表示,目前其主流技术规格的铂碳催化剂价格已经降到170元/g左右(五月中旬),价格的波动主要受铂金属期货价格的影响,少数企业能赚点加工费,大多数企业并不赚钱。

 

跟其它燃料电池材料一样,受制于市场规模偏小,目前国产催化剂企业盈利较为艰难。然而,正是在国产材料企业的推动下,进口品牌的价格开始持续下压,这对于终端的降本是好事,只有成本降低了,规模化的市场才能更快形成。


铂碳催化剂仍是主流,合金催化剂商用尚早

 

随着国内燃料电池企业技术水平的整体提升,下游客户对催化剂企业也提出了更高的要求。

 

“从我们接触的客户来看,不少企业已经能对催化剂的稳定性和抗腐蚀性等方面提出明确的指标。”邹亮亮表示,随着国产催化剂企业用量的增多,下游膜电极和电堆客户对于产品的理解也逐步加深,在形成一定的批量供应之后,还可以稳步改进来助力客户提升膜电极的性能。

 

而在以前,下游客户很少能提出明确的指标,也缺乏改进能力和技术,近年来,随着燃料电池整体技术水平的提升,一些立足正向研发的企业开始从源头回溯提升燃料电池的性能,具备批量能力的催化剂企业也在这波浪潮中与下游企业合作得更为紧密。

 

从技术层面来看,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,现阶段铂碳催化剂仍是应用的主流,低铂合金催化剂则仍处在研发中,尚未有较大的商用进展。

 

为了降低燃料电池的成本。鉴于铂金属(Pt)的高价格,提高金属的催化活性将减少所需贵金属的体积。

 

影响催化剂活性的因素有很多,如载体的性能(比表面积、孔结构、表面化学性质等)、催化剂中活性金属的含量和颗粒大小、活性金属在载体上的宏观和微观分布等。国内外关于高活性、高稳定性催化剂的解决方案有很多,如何在降低铂使用量的基础上提高催化剂性能,比较有难度。目前国内企业研究以铂碳催化剂为主,同时储备铂钴等合金催化剂技术。

 

另一方面,有效提升耐久性也是当下催化剂企业关注的重点。燃料电池在运行状态下,催化剂有一个性能衰减的过程,耐久性非常关键,需要通过铂的结构设计来提高它的稳定性,比如说改变铂内部的原子分布状态,做一个更稳定的结构。

 

现阶段,深圳航天科技创新研究院(简称“深航院”)的催化剂技术团队就在做这样的工作。“我们研究发现铂不同的晶面稳定性不一样,这个稳定性和铂每一个晶面原子数有关。” 深航院研究员、主任兼总工程师吕海峰表示,深航院催化剂技术团队在稳定性方面做了很多工作,比如从铂的纳米尺寸结构优化设计,可以通过铂内部原子层的分布,形成单层或者多层的分布,另外也通过金属掺杂提高铂的稳定性。

 

为了降低氢燃料电池成本,未来主要努力方向之一是降低燃料电池催化剂的成本和铂用量。

 

“低铂技术的验证还需要时间,目前市面上那些宣称已掌握铂合金催化技术的公司,基本处在早期的研发阶段。”国内一家头部膜电极企业技术负责人表示,铂合金催化剂在性能和成本上优势明显,但要突破商用仍有较长的一段路要走,这需要整个产业链进行系统性的验证跟配合。


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