03 鉑不會成為氫能源車的瓶頸

提到鉑金、白金首飾，自是無人不知、無人不曉。

鉑是比黃金更為稀缺的金屬，硬度也高于黃金，穩(wěn)定性較黃金有過之而無不及。

從性能來看，其耐腐蝕性以及抗氧化性強。熱膨脹系數(shù)小、熱電穩(wěn)定性強，熔點高達1772℃，延展性良好，催化活性高。

由于具有很高的化學穩(wěn)定性，常常被用來制造耐腐蝕的化學儀器，也大量用于工業(yè)生產(chǎn)過程中，在煉油工業(yè)、汽車等產(chǎn)業(yè)作為催化劑使用。

據(jù)專業(yè)人士計算，每輛氫燃料電池車需要鉑50g，大巴則需要100g。雖然燃料電池中使用的是鉑基化合物，但我們可以用鉑金價格做一個粗略的計算，以供參考。

5月10日金投網(wǎng)最新數(shù)據(jù)顯示，1盎司現(xiàn)貨鉑金價格為975美元，1盎司約為28．35g。那么，一輛氫燃料電池車使用鉑的成本為1719．57美元，1輛大巴成本為3439．15美元。鉑昂貴的價格無疑抬升了氫燃料車的成本。

根據(jù)日本NEDO數(shù)據(jù)顯示，電堆成本中催化劑占比高達53％。

數(shù)據(jù)來源：日本NEDO

另一方面，鉑常常以礦物形式存在，開采難度更大，工藝復雜，產(chǎn)量較小。

根據(jù)礦業(yè)人才網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，自然界鉑的儲量比黃金還為稀少。據(jù)不完全統(tǒng)計，鉑金總儲量為1．4萬噸。

世界鉑金的年產(chǎn)量僅85噸，只有黃金的5％。從產(chǎn)地來看，南非產(chǎn)量占比80％以上，其余以俄羅斯等國家為主，我國鉑金儲量僅300多噸。1盎司鉑金，需從數(shù)十噸鉑金礦石中歷經(jīng)5個月才能提煉出來。

毫無疑問，高昂的價格極大提升了氫能源車的成本，稀缺的上游資源對未來氫能源車大面積推廣構成了制約因素。

解決上游資源卡脖子的方案無非有二，一為開源，二為節(jié)流。

目前應用于氫燃料電池的催化劑主要有三種，除了鉑（Pt）催化劑外，還有低鉑催化劑和非鉑催化劑。目前市場主流的催化劑為鉑炭催化劑，就是將鉑的納米顆粒分散在炭粉作為的載體上。

當然，非鉑催化劑是最佳的解決方案。不過，其穩(wěn)定性與Pt基催化劑仍有較大差距。

目前，過渡金屬－氮－碳化合物這一技術路徑得到廣泛認可，具備催化活性、成本和壽命等優(yōu)點，是一條較好的替代方案。

世界各國研究機構均在非鉑催化劑的技術領域上積極探索。

據(jù)報告，近期，英國倫敦帝國理工學院開發(fā)出一種氫燃料電池，它使用的催化劑是由鐵、碳和氮為原料構成，這三種原材料相比鉑來說是廉價并容易獲得的。在實驗室測試中，該團隊表明其性能已經(jīng)接近鉑催化劑。

除此之外，隨著技術的進步，單車鉑含量也在下降。根據(jù)莊信萬豐（Johnson Matthey）的測算，海外最新的研究能夠將鉑用量降至0．06g／kW（約7．06g／輛）。

實際應用上，豐田等第一梯隊車企的商業(yè)化車型用量大約為0．17g／kW（約20g／輛）。國內技術水平則為0．3g／kW（約35．3g／輛）。

活性衰減方面，海外已經(jīng)實現(xiàn)3萬次循環(huán)后衰減在5％以內；國內3千次循環(huán)后衰減達到86％。

通過非鉑催化劑的研發(fā)和降低鉑催化劑的用鉑量。二者共同作用下，鉑的稀缺性將得到有效緩解，不再成為產(chǎn)業(yè)鏈卡脖子環(huán)節(jié)。

我國鉑催化劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為滯后，以進口為主。據(jù)海關總署數(shù)據(jù)，2021年我國貴金屬催化劑進口數(shù)量為6179噸，出口數(shù)量為1715噸，進口金額為14．21億美元，出口金額為2．23億美元。

日本田中貴金屬、英國莊信萬豐和比利時優(yōu)美科，是全球較大的幾家燃料電池催化劑供應商，技術較為領先，產(chǎn)品性能優(yōu)異。

不過，隨著氫能源的推廣，我國企業(yè)紛紛踏入催化劑領域。以中科科創(chuàng)、貴研鉑業(yè)（600459）、蘇州擎動科技等為代表。

其中，貴研鉑業(yè)與上海汽車集團合作已經(jīng)研發(fā)出鉑基催化劑。蘇州擎動科技實現(xiàn)國內首個鉑合金催化量產(chǎn)，其開發(fā)的鉑合金催化劑，能夠將燃料電池的鉑消耗量降低7％。

04 質子交換膜國產(chǎn)替代可期

膜電極的關鍵零部件除了鉑催化劑外還有質子交換膜。

目前質子交換膜有多種技術方案，不過以全氟磺酸膜為主流。

理解這個名字其實并不難，透過生產(chǎn)流程，借助分子式便可以解惑。因為生產(chǎn)全氟磺酸膜的基礎材料是螢石。螢石分子式為CaF2，與硫酸（H2SO4）反應形成氫氟酸（HF），之后進行一系列的反應制成全氟磺酸膜。

正是由于全氟磺酸膜的化學性質，使得其性能、穩(wěn)定性遠高于同類產(chǎn)品，脫穎而出。

與鉑催化劑一樣，全氟磺酸膜產(chǎn)能主要集中在海外，以美國戈爾、科慕、陶氏和3M公司為主。

據(jù)高工氫電統(tǒng)計，國內生產(chǎn)的膜電極，目前多數(shù)使用戈爾的增強復合膜，市占率在90％以上。

顯而易見，全氟磺酸膜也是氫能源燃料電池又一個國產(chǎn)替代的關鍵。

國內以東岳集團（00189．HK）、科潤新材料、浙江漢丞等企業(yè)為代表。其中，東岳集團已具備燃料電池交換膜規(guī)模化量產(chǎn)的能力，實現(xiàn)批量供貨�？茲櫺虏牧�、浙江漢丞已實現(xiàn)小批量供貨。

產(chǎn)能方面，東岳150萬平米生產(chǎn)線和科潤100萬平米項目陸續(xù)展開。隨著技術突破、產(chǎn)能落地，質子交換膜國產(chǎn)替代可期。

05 結語

氫能源車的零部件與整車同等重要，產(chǎn)業(yè)鏈坡長雪厚，發(fā)展方興未艾。國產(chǎn)替代浪潮勢必來臨，未來將誕生出一批優(yōu)秀的企業(yè)。

因此，本篇文章主要對氫能源車的燃料電池進行研究，重點放在了核心零部件鉑催化劑和質子交換膜上。

當然，想必各位讀者對氫能源整車的研究會更感興趣，后續(xù)將推出該系列的文章，敬請期待。

       原文標題 : 推開萬億氫能賽道的第三重門——氫能源車