催化劑作為燃料電池核心材料之一，其國產(chǎn)化進展備受行業(yè)人士關(guān)注。
據(jù)高工氫電調(diào)研了解，國內(nèi)很多科研院所都開展了燃料電池催化劑相關(guān)研究，具備一定的研究基礎(chǔ)。與產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)合來看，燃料電池催化劑實現(xiàn)量產(chǎn)問題也不大，企業(yè)擁有一定的設備投入資金和工藝優(yōu)化能力就可以實現(xiàn)，但關(guān)鍵問題在于產(chǎn)線建成以后，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是否在各項性能指標方面滿足真正的商業(yè)化需求。
燃料電池催化劑不同于一般的催化劑，對活性、穩(wěn)定性、耐久性等各項性能指標要求很高，需要在不斷使用過程中，經(jīng)過不斷測試、積累、完善，才能慢慢形成可以規(guī)?；a(chǎn)的商用產(chǎn)品。而國內(nèi)燃料電池尚處于起步階段，為了避免風險，下游企業(yè)選用催化劑會優(yōu)先選擇經(jīng)過實際驗證的進口催化劑，當然也會去測試國產(chǎn)催化劑，但真正放心使用還需要一個過程。
整體來看，目前國內(nèi)燃料電池催化劑要么仍然處于實驗室研發(fā)階段，要么企業(yè)能夠建成產(chǎn)線，但還需要較大的運行成本及產(chǎn)出成本，才能真正實現(xiàn)嚴格意義上的良好運行。一些企業(yè)已經(jīng)能夠出產(chǎn)催化劑，可能通過測試用于推廣，但真正能夠被下游批量使用的還有待驗證。
現(xiàn)階段國內(nèi)主要采用田中貴金屬(TANAKA)、莊信萬豐(Johnson Matthey)的催化劑，其中田中貴金屬今年在國內(nèi)市場增長很快，所占市場份額超過了莊信萬豐（后文會詳細分析兩者市場策略及變化原因）。
業(yè)界關(guān)心的是，為什么國內(nèi)燃料電池催化劑研究多、參與者也多，實際產(chǎn)業(yè)化進展卻比較慢？國產(chǎn)催化劑與進口催化劑技術(shù)差距到底在哪，為什么會形成這種差距？國產(chǎn)催化劑技術(shù)發(fā)展趨勢及市場前景又如何？
技術(shù)差距
眾所周知，目前國內(nèi)燃料電池的首要任務之一是提高功率密度。提高燃料電池的功率密度需要從提高性能與減小體積兩方面著手。在性能方面，通過分析燃料電池極化曲線可知，通過降低活化極化、歐姆極化、傳質(zhì)極化等多方面入手提高燃料電池性能。提高燃料電池性能首先要降低活化極化，而活化極化主要與催化劑活性密切相關(guān)。
影響催化劑活性的因素有很多，如載體的性能(比表面積、孔結(jié)構(gòu)、表面化學性質(zhì)等)、催化劑中活性金屬的含量和顆粒大小、活性金屬在載體上的宏觀和微觀分布等。
國內(nèi)外關(guān)于高活性、高穩(wěn)定性催化劑的解決方案有很多，如何在降低鉑使用量的基礎(chǔ)上提高催化劑性能，非常有難度。目前國內(nèi)企業(yè)研究以鉑炭催化劑為主，同時儲備鉑鈷催化劑（市場應用上則以鉑炭催化劑居多，在外企的推動下，下游企業(yè)也開始應用鉑鈷催化劑）。
一名催化劑企業(yè)技術(shù)總監(jiān)表示：“關(guān)于鉑粒子的大小控制，國內(nèi)外差距不大，但如何制備出比表面積高、導電性更好、穩(wěn)定性更好的炭載體會存在差距?！?
據(jù)了解，目前用于燃料電池催化劑的鉑鹽基本從國內(nèi)購買，但碳粉完全依賴進口。碳粉價格便宜，長期進口不會存在什么問題。但從技術(shù)角度來看，國內(nèi)科研機構(gòu)對于碳材料的技術(shù)研究并不重視，基礎(chǔ)非常薄弱，對于催化劑炭載體的研究制備會有影響。適用于燃料電池催化劑的碳粉，如同氣體擴散層的碳紙及儲氫瓶的碳纖維一樣，是一個難以攻克的瓶頸問題。
此外，國內(nèi)一位專注鉑炭催化劑研究的教授告訴高工氫電，鉑能否以納米形式高度分散到炭載體上，國內(nèi)差距也很明顯。鉑在炭載體上的高度分散是催化劑設計的一個很重要因素，可以提高鉑的利用率、降低鉑的用量，在催化劑設計時必須綜合考慮炭載體的類型、疏水性、表面官能團等因素。在催化劑制備過程中，通常需要優(yōu)化催化劑負載過程，對炭載體結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)進行處理，這些處理過程都會影響鉑催化劑的分散性。
受限于多方面因素，目前國內(nèi)鉑炭催化劑活性與國際先進水平存在差距。為了達到商用要求，國內(nèi)催化劑采用鉑的含量普遍偏高。據(jù)了解，豐田Mirai燃料電池催化劑Pt含量為0.175g/kW，國內(nèi)產(chǎn)品好的達0.3 g/kW，差的在0.4-0.5 g/kW（Pt含量指的是催化劑中陰陽兩級的鉑族金屬總量）。美國DOE設定的2020年催化劑技術(shù)指標是鉑族金屬總量（兩極總和）是0.125 g/kW，按照國內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)水平，2020年難以達到。
值得注意的是，燃料電池在反應過程中，由于氧還原反應（ORR）的交換電流密度遠低于氫氧化反應（HOR），一般極化損失主要來自于陰極側(cè)（空氣側(cè)）。比較來看，陽極側(cè)催化劑研發(fā)制備相對簡單，鉑用量已經(jīng)降到比較低的程度，而陰極側(cè)催化劑活性提高難度大，其鉑用量通常比陽極側(cè)催化劑每千瓦多出5-6倍。
所以，當前業(yè)界的研究重點是如何提高陰極側(cè)催化劑的活性。
企業(yè)策略
從全球燃料電池催化劑市場來看，豐田燃料電池汽車用自己旗下公司的催化劑；現(xiàn)代燃料電池汽車用韓國公司的催化劑，該韓國公司已被優(yōu)美科收購；本田燃料電池汽車用田中貴金屬的催化劑；從中國市場來看，田中貴金屬與莊信萬豐在國內(nèi)的市場拓展走在前列。這主要得益于兩家公司在催化劑領(lǐng)域的長期積累與企業(yè)策略。
資料顯示， 田中貴金屬從1985年展開燃料電池催化劑研究，集結(jié)長年培育的貴金屬催化劑技術(shù)及電化學技術(shù)，開發(fā)了PEFC的陰極（空氣極）用高活性白金催化劑，以及陽極（燃料極）用耐一氧化碳（CO）毒害特性的優(yōu)良白金合金催化劑。
2018年，田中貴金屬投資約40億日元擴大位于神奈川縣的開發(fā)制造燃料電池用電極催化劑的FC催化劑開發(fā)中心。在毗鄰田中貴金屬工業(yè)湘南工廠內(nèi)原有的FC催化劑開發(fā)中處，增設總建筑面積約3000平方米的制造出貨大樓和存放倉庫大樓，將生產(chǎn)能力提高約7倍。
一名知情人士表示：“田中很早開始研發(fā)燃料電池催化劑，與日本重視發(fā)展燃料電池有關(guān)。田中擴充產(chǎn)能意味著對未來市場的看好，目前中國客戶占田中的業(yè)務份額比較大，也應該是其接下來比較看重的市場。田中的燃料電池催化劑產(chǎn)品系列非常多，還可以根據(jù)客戶要求開發(fā)定制化產(chǎn)品，這是其他廠商難以比肩的?！?
莊信萬豐于1817年在倫敦設立，是一家全球性專用化學品公司，致力于發(fā)展催化劑、貴金屬和專用化學品核心技術(shù)。早在上個世紀60年代美國航空上用的催化劑產(chǎn)品，就由莊信萬豐提供，在燃料電池催化劑上的研究與生產(chǎn)也非常早。在中國市場，無論是企業(yè)還是科研機構(gòu)購買莊信萬豐催化劑產(chǎn)品的非常多。
值得一提的是，目前莊信萬豐賣給中國市場的催化劑產(chǎn)品是經(jīng)過市場驗證的早期產(chǎn)品，生產(chǎn)基地在北美。由于燃料電池催化劑整體市場容量并不大，對于公司的利潤貢獻小，莊信萬豐的業(yè)務重心更多放在膜電極上，其膜電極產(chǎn)品上的催化劑技術(shù)更為先進。前段時間億華通發(fā)布的科創(chuàng)板招股說明書上顯示，公司膜電極產(chǎn)品就采購自莊信萬豐。
高工氫電了解到，莊信萬豐早在2000年就在英國設立了膜電極工廠。多年以來，莊信萬豐膜電極業(yè)務一直在持續(xù)開展，并未因市場波動而停滯，目前北美及歐洲多家量產(chǎn)燃料電池公司都是其客戶。在國內(nèi)，莊信萬豐與巴拉德膜電極漸漸形成PK之勢。
對比田中貴金屬與莊信萬豐，國內(nèi)企業(yè)大多于近幾年才開始展開燃料電池催化劑的研發(fā)，積累顯然嚴重不足。而作為一款車用產(chǎn)品，必須符合車用標準，也必須在車上經(jīng)過反復不斷驗證才算獲得真正的認可，這一點是國產(chǎn)催化劑最缺乏的。
一名資深業(yè)內(nèi)人士表示：“比較國內(nèi)外企業(yè)，最大的不同在于，中國企業(yè)基本都圍繞政策轉(zhuǎn)，很少公司有自己的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。國外公司涉足者沒那么多，僅少數(shù)幾家堅定看好未來發(fā)展前景，自負盈虧搞研發(fā)，即便在沒有市場的情況下，也在持續(xù)地長期投入。也正是因為長期的堅持，才能在燃料電池風起時占據(jù)技術(shù)高地?！?
業(yè)界都希望催化劑能夠盡快批量國產(chǎn)化，不然對整個燃料電池行業(yè)發(fā)展都不利。只不過，在國內(nèi)基礎(chǔ)材料研發(fā)薄弱、政策導向強、企業(yè)商業(yè)化宣傳濃厚的環(huán)境下，行業(yè)顯得比較浮躁。
“國內(nèi)催化劑不是做不起來，如果能腳踏實地做事情，同時企業(yè)人員、設備、資金投入能跟上，與終端應用緊密結(jié)合，相信能較快地做出性能指標還不錯的產(chǎn)品。”上述資深業(yè)內(nèi)人士說，當然由于當前整個燃料電池市場容量并不大，這其中存在很多的不確定性，很可能要等進口產(chǎn)品應用成熟穩(wěn)定了，國產(chǎn)才慢慢進入。
