近兩年,氫能產業迎來爆發風口,能源界對氫能發展重視程度加深,氫燃料電池電堆國產化進程也在加速推進。
氫燃料電池電堆的重要組件包括膜電極、雙極板、催化劑以及質子交換膜等,國內目前在多個方面都有所研究,試圖降低成本,提高燃料電池電堆整體性能。
燃料電池催化劑:成本居高不下
作為電堆的核心零部件之一,催化劑主要由碳載體和鉑或鉑合金組成,起到催化電池內化學反應的作用。受上游碳纖維、鎳、鉻涂層金屬以及鉑金貴金屬等材料稀缺的影響,中游催化劑、雙極板、質子交換膜等關鍵部件的成本居高不下。在燃料電池堆中除了雙極板已基本實現國產化,膜電極(MEA)中的碳紙(氣體擴散層)、催化劑和質子交換膜基本依賴進口。
燃料電池催化劑的種類主要有鉑基催化劑、低鉑催化劑與非鉑催化劑三類。目前商用催化劑為鉑碳催化劑,鉑是昂貴的稀有金屬,因此低鉑和非鉑催化劑的開發成為降低燃料電池成本的關鍵。鉑催化劑成為最理想、也是當前唯一商業化的催化劑材料。
據氫能觀察調研獲悉,2019年全球鉑資源已探明儲量約6.9萬噸,南非占全球總儲量91.3%;2019年全球鉑礦產量約6093千盎司(189.5噸),南非以4402千盎司居首(136.9 噸),占比72%,前五國家占全球總產量 97%。據國土資源部,中國鉑族金屬探明儲量為401噸, 占全球資源儲量不足1%,而鉑族金屬礦品位僅為0.796g/t,遠低于南非(平均品位約3.1~17.1g/t)及俄羅斯(平均品位約6~350g/t)等國家大型礦床的平均品位。
低鉑燃料電池催化劑:降本重要選擇
鉑金屬價格不僅昂貴,我國的儲存量也非常短缺,Pt昂貴的價格對于燃料電池大規模商業化是個極大的阻礙。因此,高性能、低貴金屬用量的燃料電池電催化劑的需求會不斷上升,低鉑催化劑技術也已成為我國氫能燃料電池汽車需重點攻克的關鍵瓶頸技術。
近日,國家發改委、商務部聯合印發《鼓勵外商投資產業目錄(2022年版)》,其中包括氫能制備與儲運、新能源汽車關鍵零部件研發與制造等方面,其中明確表示鼓勵低鉑催化劑的研發制造。
雖然國內目前以進口國外催化劑為主,但也有很多國內企業在迅速發展,如中自催化、貴研鉑業、濟平新能源等等。國家電投國氫科技公司董事、首席技術官柴茂榮表示:國家電投已經掌握催化劑核心技術并實現量產,產品性能質量全部達到世界領先水平。
雖然燃料電池催化劑發展穩中向好,但是距離實現規模化還有很長一段路要走。國內眾多科研院所及高校團隊均在對低鉑燃料電池催化劑的研究上有所突破,相信很快會有大的進步與發展。