中国石化实现高效铂/碳电催化剂实现工业化量产，国产催化剂市场发展如何了？
据中国石化消息，近日，由集团公司科技部牵头，催化剂公司与石油化工科学研究院合作完成了铂/碳电催化剂公斤级放大生产，实现工业化量产，标志着中国石化正式具备铂/碳电催化剂连续工业化生产技术能力。该产品评价效果超过2020年最新国家标准，达到国际先进水平，其成功量产解决了我国燃料电池材料领域关键技术难题。
催化剂一直都是氢燃料电池关键材料之一，需具有高活性、高导电率、高稳定性、耐腐蚀等性质。燃料电池的反应主要分为阳极的氢气氧化反应与阴极的氧气还原反应（作为逆反应的电解水制氢过程主要分为阳极的析氧和阴极的析氢反应），其过程都需要催化剂的参与，目前市场上最主流的催化剂产品为铂碳（Pt/C）催化剂。
在燃料电池工作的过程中，当外接负载出现大幅变化时，或当氢气燃料的供给不足时，可能会发生反极反应，这一效应会对电池产生不可逆的损害。为防止反极发生，厂商通常会在阳极加入抗反极催化剂，主要为铱碳（Ir/C）及二氧化铱（IrO2），这也是电解水制氢过程中阳极析氢反应所使用的催化剂成分。
如图所示，催化剂的分类有四类，也是其应用产品演变的进程。当前市面上最主流的催化剂主要是铂碳催化剂，其次还有铂合金催化剂、非贵金属催化剂及单原子催化剂。在当前市面上所有的氢能燃料电池车中，除丰田的Mirai目前使用的PtCo合金催化剂外，均使用的铂碳催化剂，其催化剂铂载量已达到0.175mg/cm2，是目前市面上最为领先的产品之一。
反应发生的过程中，催化剂中的铂载量并不会减少，但随着反应的过程会发生一定程度的衰减，主要原因在于铂颗粒的溶解再沉积，迁移、团聚。而随着对于铂基催化剂的研究进行，如何能够降低铂的载量已经成为最主要的技术要点，其最为根本的解决方法就是提高铂的催化活性。
通过研究发现，铂颗粒的粒径大小及其均匀程度与其催化活性有很大程度的关系，较小粒径的铂颗粒通常都拥有较大的催化活性。但其中也存在一个峰值的效应，大于或小于该粒径都会降低催化剂活性。主要原因在于随着铂颗粒尺寸的减小，低配位原子暴露比例逐渐升高，这样一来就显著的改变了催化剂活性中心的结构和比例。且催化剂的电子能级也随着量子尺寸效应而发生显著改变，从而影响催化剂和反应物之间的轨道杂化和电荷转移。
催化剂的制备通常有集中不同的路线，早期的亚硫酸盐路线是一种较为成熟的方法，但该方法所合成的铂纳米粒子粒径分布广泛，且过程不易调控。随着技术的革新，后续发展出来一系列合成方法加以改善，根据纳米粒子的形成方式及与碳载体的作用方式，大致可以分为浸渍法、胶体法和微乳液法三大类。而目前所使用的浸渍法也是仅过了一系列的实验改良，主要是对于溶剂的调试来进行实验，通过改变溶剂种类及含量、添加保护剂、控制溶液pH以及控制还原温度等调节铂纳米粒子的粒径。这样一来，所生产出来的铂颗粒可以达到更高的的标准及更好的催化效用。
国产催化剂市场：技术“突围战”
当前市场下，开发出具有稳定性好、催化活性高且成本低的催化剂成为了推动燃料电池商业化的一个明确方向，而提高铂稳定性、活性，降低铂载量的主要研究同样可以在其碳载体上实现突破，如对铂催化剂的合金化，引入过渡金属与Pt 形成二元或多元体系，调控催化性能，减少催化剂的迁移和流失。或是对碳载体进行石墨化处理，提高载体的稳定性，选择导电性更好、更稳定载体，如之前提到的基于碳纳米管的有序化膜电极的研发生产，其石墨晶格结构能够有效地提升膜电极的耐久性，与Pt粒子的相互作用也可以大大提高催化剂的催化活性。实验表明，在相近ECSA下，基于碳纳米管最为载体的铂催化剂活性可以达到传统商业铂碳催化剂的接近两倍。
作为关键核心材料，催化剂在很大程度上影响着燃料电池的性能表现。近两年来，我国燃料电池催化剂严重依赖进口的情况有了很大的改观，催化剂的国产化替代正在稳步提速。
目前国内主流的铂催化剂厂商有贵研铂业、喜玛拉雅、中自科技、济平新能源、氢电中科等，海外厂家目前主要还是由Johnson Matthey及田中贵金属Tanaka等研制生产。
贵研铂业股份有限公司
贵研铂业股份有限公司（简称：贵研铂业，证券代码：600459）于2000年由中国专业从事贵金属多学科领域综合性研究开发机构昆明贵金属研究所（简称：贵研所）发起设立，是集贵金属系列功能材料研究、开发和生产经营于一体的高新技术企业，于2003年在上海证券交易所上市。
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。
武汉喜马拉雅光电科技股份有限公司
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90m2/g。
中自环保科技股份有限公司
中自环保科技股份有限公司（股票代码：688737，简称：中自科技），创始于2005年，2021年在上海证券交易所科创板上市。公司致力于天然气（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，中自科技目前铂碳催化剂产品相关的批量化生产设备已经全部进场，即将完成调试，待调试完成后将形成公斤级批量生产能力。公司已完成向多个国内外主流氢燃料电池生产商进行送样，并在耐久测试中表现出了较好的性能与竞争力，得到了相关下游厂商的初步认可。
另外，公司承担的国家重点研发计划“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”的子课题“催化剂工业化量产”目前正按计划推进，在合金催化剂技术方案论证及工艺参数优化方面满足项目设计目标；在小批量产方面已经完成1g→10g/批次→100g/批次优化放大，且放大前后催化剂的物性结构保持一致，催化活性无明显降低，批次内和批次间的一致性较稳定，预计中试设备的设计产能可以达到≥200g/批次、≥50kg/年。
据悉，中自科技的上市募投项目“氢能源燃料电池关键材料研发能力建设项目”将以现有贵金属高分散、高稳定等核心技术为基础，以燃料电池用电催化剂的开发、电解水制氢用催化剂的开发等为研发方向，最终将服务应用于氢燃料电池机动车行业。
目前，中自科技已成功研制出第一代铂碳电催化剂，参与了“十三五”国家重点研发计划项目“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”的研发。
上海济平新能源科技有限公司
上海济平新能源科技有限公司（简称：济平新能源）是国内第一家规模化量产催化剂的科技企业，同时为下游企业提供技术解决方案。
目前，该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。
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，济平依靠稳定的性能、经济的价格、高效的供货、专业的技术支持与完善的客户服务获得众多国内MEA、电堆公司的认可，2019年济平催化剂占国产催化剂市场份额达85%以上。
目前，济平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，助力中国燃料电池产业健康快速发展。
2021年3月，加拿大巴拉德动力公司与济平新能源签署了采购合同。依据合同，济平新能源将出口燃料电池铂碳、铂合金催化剂。这不仅是济平新能源首次实现燃料电池催化剂出口，还是国产燃料电池催化剂产品首次出口海外市场。
氢电中科（广州）新能源设备有限公司
氢电中科（广州）新能源设备有限公司（简称：氢电中科）作为核心材料催化剂国产化的重要推动者，凭实力突破国际对中国氢燃料电池核心材料的“卡脖子”封锁。
当前，公司氢燃料电池催化剂产品及产线设备拥有完全独立自主核心知识产权，目前拥有4项发明授权、11项发明公布和3项实用新型专利。在国际8000多篇论文、期刊、专利文章中均无类似工艺或理论，产品工艺为从“0”到“1”的原创而非“1”到“N”的改良和补充。
氢电中科于2019年11月完成中试生产，2020年进入量产阶段，2021年扩产后达到500KG/年，能够支持20000辆/年以上氢燃料电池汽车用量。目前，该公司获得ISO9001、ISO14001、IATF16949质量管理体系认证，是国内氢燃料电池催化剂优质生产商。同时，氢电中科的铂碳催化剂和铂基系列催化剂已经实现商业化量产。
此外，氢电中科第二代储备产品——铂合金催化剂已实现完全自主研发，采用自制的铂碳为原材料制备合金，能够便捷实现粒径和活性组分调控。
在性能方面，氢电中科产品的质量活性高、比表面积大、碱土金属离子溶出低、稳定性高。
氢电中科透露，目前用于PEM制氢阴极析氢侧的铂黑、铂碳催化剂已经实现商业化应用，可以应用于电解水制氢电解槽。
格林美股份有限公司
格林美股份有限公司（简称：格林美，股票代码：002340）主营业务是回收利用废旧电池、电子废弃物等废弃资源循环再造高技术产品，是中国对电子废弃物、废旧电池进行经济化、规模化循环利用的领先企业之一。
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。
2021年，格林美开发的低成本铂钴催化剂材料活性和市场标样相当，铂催化剂销售超过1000万元，铂族催化剂回收盈利模式初步形成。
南京东焱氢能源科技有限公司
南京东焱氢能源科技有限公司（简称：南京东焱）成立于2015年，是一家由南京大学、南京市麒麟科技创新园以及江苏启迪科技园发展有限公司共同创办的高新技术企业，从事燃料电池核心原材料的研发、生产与销售。
南京东焱催化剂技术具有明显优势：
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。
目前，公司位于南京汤山4.5万平米氢能产业园年底封顶，预计2022年6月催化剂量产线建成，一期量产规模日产500克-1000克。此外其正积极与广东、上海两地的氢能产业链企业展开合作，也在与武汉和重庆地区的氢能产业园区对接，积极推进当地氢能产业体系的构建。
宁波中科科创新能源科技有限公司
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势，中科科创致力于自主知识产权的燃料电池电催化剂及膜电极研发、规模化生产及应用。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。
同时，中科科创还有以下催化剂产品——高载量Pt纳米催化剂、铂黑催化剂（纯铂）、高载量PtRu纳米催化剂、有序Pt Co合金低铂催化剂。
目前公司出售的燃料电池催化剂产品均实现单批次公斤级制备，目前建立了300余家客户群体，广泛收到客户好评。拥有10多项自主知识产权发明专利，发表SCI论文2篇。
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编辑：戴戴联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
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