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燃料电池催化剂
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李卿云·头豹分析师
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行业定义
在氢燃料电池电堆的“心脏”膜电极中,催化剂起到促进氢气和氧气分解进行电化学反应产生电流的作用,其催化效率将直接决定燃料电池的发电效率及性能。催化剂的选用需要考虑工作条件下的耐高温和抗腐蚀问题,目前质子交换膜燃料电池主要采用贵金属铂作为催化剂。在燃料电池的工作条件下,阳极氢气氧化反应动力学较快,阴极即使在铂基催化剂表面,氧还原反应的动力学依然较为缓慢。因此,燃料电池性能的提升主要受限于阴极侧的氧还原反应。为提高燃料电池性能,需要增加阴极一侧贵金属催化剂的用量,这是目前燃料电池成本高昂的主要原因之一。减少铂在催化剂生产中的单位用量、开发新的非铂催化剂或通过回收手段降低铂的采购成本是未来催化剂发展的主要方向。
AI访谈
行业分类
根据催化剂中的铂含量,燃料电池催化剂可主要分为铂基催化剂、低铂催化剂与非铂催化剂三类。
AI访谈
行业特征
燃料电池催化剂对产品性能要求严格,原材料价格高昂,工艺流程复杂,因此行业技术壁垒与制造成本较高,产业化过程漫长。中国燃料电池催化剂技术起步较晚,与国际水平差距较大,且原材料严重依赖进口,催化剂国产化程度不足25%。随着燃料电池催化剂企业与科研院校技术合作的加深,中国燃料电池催化剂行业已实现多项技术突破,国产化水平有望进一步提升。
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发展历程

燃料电池催化剂行业

目前已达到 3个阶段
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产业链分析
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行业规模
燃料电池催化剂行业规模
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政策梳理
燃料电池催化剂行业
相关政策 6篇
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竞争格局
中国燃料电池催化剂行业目前国产化水平不足25%,市场主要被国外企业占据。经历多年技术与资源积累,国内新兴燃料电池催化剂企业已实现多项研发突破,有望降低进口依赖程度,其中济平新能源在2020年国产催化剂市场份额超过95%,市场占有率国内第一,产品大批量上车应用,甚至出口海外。目前国内氢燃料电池催化剂供应商大致可分为两类:一类是以贵金属相关或其他种类催化剂业务为主业的企业切入该领域,该类企业通常具有资源和产业方面的优势,例如贵研铂业、凯大催化、龙蟠科技等。其中龙蟠科技主要从事车用环保精细化学品和磷酸铁锂正极材料的研发、生产与销售,于2020年成立龙蟠氢能源公司,专业从事燃料电池催化剂及IV型储氢瓶的研发生产,并与中科院大连化学物理研究所共同组建了催化剂实验室,2022年对外披露目前已具备每年200公斤的燃料电池催化剂产能,商业化进程较快。另一类是以氢燃料电池催化剂为主营业务的企业,该类企业通常具有技术方面的优势,例如喜玛拉雅光电,其优势或源于自身较强的研发团队,或与相关领域研发实力较强的研究机构达成合作,如中科院大连化学物理研究所、中科院长春应用化学所、清华大学、同济大学等。总体而言,国内燃料电池催化剂行业的发展进程目前尚处初期,国产替代之路刚刚启程。
AI访谈数据图表
摘要
在氢燃料电池电堆的“心脏”膜电极中,催化剂起到促进氢气和氧气分解进行电化学反应产生电流的作用,其催化效率将直接决定燃料电池的发电效率及性能。催化剂的选用需要考虑工作条件下的耐高温和抗腐蚀问题,目前质子交换膜燃料电池主要采用贵金属铂作为催化剂。由于产品性能要求严格,原材料价格高昂,工艺流程复杂,燃料电池催化剂的行业技术壁垒与制造成本较高,产业化过程漫长,减少铂在催化剂生产中的单位用量、开发新的非铂催化剂或通过回收手段降低铂的采购成本是未来催化剂发展的主要方向。中国燃料电池催化剂技术起步较晚,与国际水平差距较大,且原材料严重依赖进口,当前催化剂国产化程度不足25%。催化剂市场规模的扩张主要受益于燃料电池汽车的商业化推广与高功率化发展,预计2026年市场规模有望达25亿元,2027年有望突破40亿元,2022-2027年市场规模年均复合增长率为37.1%。
燃料电池催化剂行业定义
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燃料电池催化剂是指在燃料电池中促进氧气和氢气的反应,将化学能转化为电能的催化剂。其主要作用是在燃料电池的正极和负极上,促进氧气还原和氢气氧化反应的发生,并提高反应速率和效率,从而提高燃料电池的性能和效率。在燃料电池中使用的催化剂主要包括铂、钯、铑、钌等贵金属和非贵金属催化剂。 燃料电池催化剂的定义可以从不同角度出发,主要包括以下几种: 1. 化学定义:燃料电池催化剂是一种能够在燃料电池中促进氧气还原和氢气氧化反应的催化剂。 2. 工程定义:燃料电池催化剂是一种能够提高燃料电池性能和效率的催化剂。 3. 材料定义:燃料电池催化剂是一种由贵金属或非贵金属制成的催化剂,用于在燃料电池中促进氧气还原和氢气氧化反应。 这些定义之间存在一定的区别和差异,主要是从不同的角度出发,对燃料电池催化剂的作用和特征进行描述。化学定义强调催化剂在化学反应中的作用,工程定义则更注重燃料电池的性能和效率提升,而材料定义则更侧重于燃料电池催化剂的特征和制备方法。综合来看,这些定义都是对燃料电池催化剂的不同方面进行描述的,有助于我们更全面地了解和应用该领域的相关知识。
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在氢燃料电池电堆的“心脏”膜电极中,催化剂起到促进氢气和氧气分解进行电化学反应产生电流的作用,其催化效率将直接决定燃料电池的发电效率及性能。催化剂的选用需要考虑工作条件下的耐高温和抗腐蚀问题,目前质子交换膜燃料电池主要采用贵金属铂作为催化剂。在燃料电池的工作条件下,阳极氢气氧化反应动力学较快,阴极即使在铂基催化剂表面,氧还原反应的动力学依然较为缓慢。因此,燃料电池性能的提升主要受限于阴极侧的氧还原反应。为提高燃料电池性能,需要增加阴极一侧贵金属催化剂的用量,这是目前燃料电池成本高昂的主要原因之一。减少铂在催化剂生产中的单位用量、开发新的非铂催化剂或通过回收手段降低铂的采购成本是未来催化剂发展的主要方向。
[1]
1:https://www.leadleo.com/report/reading?id=62de321f3e837d3b4effc05e
2:《质子交换膜燃料电池铂基催化剂研究进展》,黄龙等,《电化学》2022年第28卷第1期;头豹研究院,《2022年中国氢能研究系列(四):燃料电池系统企业盘点(亿华通、捷氢科技、国鸿氢能)》
《质子交换膜燃料电池铂基催化剂研究进展》,黄龙等,《电化学》2022年第28卷第1期;头豹研究院,《2022年中国氢能研究系列(四):燃料电池系统企业盘点(亿华通、捷氢科技、国鸿氢能)》
燃料电池催化剂行业分类
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目前燃料电池催化剂行业的分类标准以催化剂材料为主要依据,主要包括贵金属催化剂、非贵金属催化剂和复合催化剂三大类。以下将分别进行描述。 1. 贵金属催化剂 贵金属催化剂是当前燃料电池催化剂行业应用最广泛的一种催化剂材料。该类催化剂主要由铂、钯、钌等贵金属组成,具有高活性、稳定性和选择性等优点。目前,铂催化剂在燃料电池中应用最为广泛,而钯、钌等催化剂在某些场景下也有一定的应用。 特点:贵金属催化剂具有高催化活性和稳定性,但价格较高,限制了其在大规模商业应用中的发展。同时,这类催化剂还存在晶粒生长和聚集等问题,会影响其使用寿命。 2. 非贵金属催化剂 非贵金属催化剂是近年来催化剂研究的一个热点领域,主要由过渡金属氮化物、碳材料、硫化物、氮掺杂碳等材料组成。这些催化剂具有价格低廉、资源丰富等优点,被认为是替代贵金属催化剂的重要选择。 特点:非贵金属催化剂具有价格低廉、资源丰富等优点,但其催化活性和稳定性仍然需要进一步提高。 3. 复合催化剂 复合催化剂是将不同材料组合起来制备的催化剂,主要包括贵金属/非贵金属复合催化剂、贵金属/贵金属复合催化剂、非贵金属/非贵金属复合催化剂等。这些催化剂可以综合各种材料的优点,提高催化活性和稳定性。 特点:复合催化剂具有综合各种材料的优点,可以提高催化活性和稳定性,但制备过程较为复杂,需要充分考虑各材料之间的相容性和协同作用。 综上所述,燃料电池催化剂行业主要分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂和复合催化剂三类。不同类别的催化剂具有各自的特点和优缺点,需要根据应用场景和经济实际情况进行选择和优化。未来,随着技术的不断发展,燃料电池催化剂行业将会在更广泛的领域得到应用。
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根据催化剂中的铂含量,燃料电池催化剂可主要分为铂基催化剂、低铂催化剂与非铂催化剂三类。
燃料电池催化剂分类
铂基催化剂
铂基催化剂是率先实现商业应用的主流车用燃料电池电催化剂,将活性组分铂负载于多孔碳载体上而制成。优点在于催化活性高,缺陷在于贵金属用量大,成本高昂,且碳载体易被腐蚀。
低铂催化剂
低铂催化剂通过在制备过程中加入钴、镍、铬等过渡金属降低原材料成本,并以纳米粒子结构、核-壳结构有效改善催化剂中铂原子的分布,提升铂原子利用率,但目前的低铂催化剂由于原料成本与制备成本高昂,且生产流程复杂,大多难以适应规模化生产需求。
非铂催化剂
非铂催化剂包括钯基或钉基催化剂、非贵金属氧化物、硫属化合物、氮氧化物、氮掺杂碳材料、金属-氮-碳(M-N-C)催化剂以及非金属催化剂,其中M-N-C表现最优。M-N-C在现阶段实验室研究中催化活性较好,但稳定性较差。金属钯与铂具备类似的物理化学性质,且钯储量相对丰富,是替代铂的理想材料。然而常规钯纳米颗粒催化剂的氧还原反应催化活性比相应的铂催化剂低至少83.33%,暂且无法达到商业使用要求。
[2]
1:《车用燃料电池关键材料技术研发应用进展》,杜泽学,《化工进展》2021年第40卷第1期;《氢燃料电池电催化剂研究进展》,王敏键等,《化工进展》2021年第40卷第9期;《质子交换膜燃料电池阴极催化剂研究进展》,李伟斌等,《化工新型材料》2021年第49卷增刊;《低铂质子交换膜燃料电池氧还原催化剂的研究进展与展望》,赵路甜等,《中国科学》2022年第67卷第19期
《车用燃料电池关键材料技术研发应用进展》,杜泽学,《化工进展》2021年第40卷第1期;《氢燃料电池电催化剂研究进展》,王敏键等,《化工进展》2021年第40卷第9期;《质子交换膜燃料电池阴极催化剂研究进展》,李伟斌等,《化工新型材料》2021年第49卷增刊;《低铂质子交换膜燃料电池氧还原催化剂的研究进展与展望》,赵路甜等,《中国科学》2022年第67卷第19期
燃料电池催化剂行业特征
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Prompt
中国燃料电池催化剂行业是一个新兴的行业,其商业模式、竞争环境、用户画像、利润成本、行业周期、供给需求、准入门槛、发展前景等多个维度都具有一定的特征。从中选取三个重要的维度进行分析,可以更好地了解该行业的现状和未来发展趋势。 一、竞争环境 竞争环境是影响燃料电池催化剂行业发展的重要因素之一。该行业的主要竞争者包括国内外的厂商和研究机构。在国内,这些竞争者包括北京天禾兴业科技有限公司、上海博深化工科技有限公司、华南理工大学新能源材料研究所等。在国外,主要竞争者包括美国Johnson Matthey、德国BASF、日本Tanaka Kikinzoku等。这些竞争者在技术、品牌、市场份额等方面存在一定的差异。 据市场研究机构QYResearch的数据显示,2019年,中国燃料电池催化剂市场规模为3.38亿元人民币,预计到2026年将达到23.99亿元人民币,年复合增长率为30.4%。其中,国内厂商市场份额较小,主要是由国外企业占据。这说明,中国燃料电池催化剂行业仍处于初级阶段,国内企业需要加强技术研发和品牌建设,提高市场竞争力。 二、供给需求 供给需求是影响燃料电池催化剂行业发展的另一个重要因素。随着全球环保意识的不断提高,燃料电池技术逐渐受到关注,市场需求不断增加。同时,政府对新能源汽车的支持也为燃料电池催化剂行业带来了机遇。 据国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,到2035年,新能源汽车销量占比将达到50%以上,其中燃料电池汽车销量占比将达到5%。这为燃料电池催化剂的需求提供了巨大的市场空间。 同时,随着技术的进步和生产工艺的不断改善,燃料电池催化剂的生产成本也在不断降低。这将促进该行业的发展,降低产品价格,提高市场竞争力。 三、发展前景 发展前景是影响燃料电池催化剂行业发展的最重要因素之一。在当前的全球环保形势下,燃料电池技术被认为是未来汽车的主要动力。据国际能源署发布的《全球氢能及燃料电池技术展望2020》报告显示,到2050年,全球燃料电池汽车保有量将达到2.5亿辆。 在中国,政府也一直在积极推动燃料电池技术的发展。2019年,国务院发布《关于促进燃料电池汽车产业发
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燃料电池催化剂对产品性能要求严格,原材料价格高昂,工艺流程复杂,因此行业技术壁垒与制造成本较高,产业化过程漫长。中国燃料电池催化剂技术起步较晚,与国际水平差距较大,且原材料严重依赖进口,催化剂国产化程度不足25%。随着燃料电池催化剂企业与科研院校技术合作的加深,中国燃料电池催化剂行业已实现多项技术突破,国产化水平有望进一步提升。
1
技术壁垒高
燃料电池催化剂对产品性能要求严格,制备流程复杂,生产技术壁垒较高。
燃料电池催化剂对催化材料的活性、导电率、稳定性、抗中毒性、耐腐蚀性等各项性能要求较高,制备方法根据催化剂种类的不同,包括溶剂热法、电化学沉积法、原子层沉积法、物理溅射沉积法等等,工艺操作复杂,还需应用过程中的不断测试、纠错、改进、完善,才能跨越实用门槛,获得市场认可,最终实现规模化生产。
2
制造成本高
燃料电池催化剂由于原材料价格高昂,工艺流程复杂,制造成本较高。
燃料电池催化剂成本约占电堆生产成本的35%,其主要原材料为贵金属铂,地壳含量极低,全球存量稀少,进口价格持续上涨。催化剂加工中需通过一系列化学反应精确调控合金成分及合金纳米颗粒的尺寸、形貌,流程复杂,要求严苛。减少铂在催化剂生产中的单位用量、开发新的非铂催化剂或通过回收手段降低铂的采购成本是未来催化剂发展的主要方向。
3
国产化程度低
中国燃料电池系统催化剂技术起步较晚,与国际水平差距较大,国产化水平不足25%。
中国氢燃料电池催化剂市场主要为国外企业主导,约占75%-82%的市场份额。且催化剂主要原材料铂族金属98.7%的矿产资源集中于南非、俄罗斯、加拿大和美国,严重依赖进口。目前中国催化剂技术已实现多项突破,国产化水平有望进一步提高。武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司2015年与清华大学签订技术成果转让合同,在催化剂方向进行校企深度合作,是中国主流的铂催化剂供应商之一。
[3]
1:http://zrzy.hebei.gov.cn/heb/gongk/gkml/kjxx/gjjl/101590400089000.html
2:https://www.leadleo.com/report/reading?id=62de321f3e837d3b4effc05e
3:https://www.gg-fc.com/art-41179.html
4:https://wallstreetcn.com/articles/3518974
5:《低铂质子交换膜燃料电池氧还原催化剂的研究进展与展望》,赵路甜等,《中国科学》2022年第67卷第19期;《车用燃料电池关键材料技术研发应用进展》,杜泽学,《化工进展》2021年第40卷第1期;河北省自然资源厅(海洋局),《铂资源现状与需求趋势》;头豹研究院,《2022年中国氢能研究系列(四):燃料电池系统企业盘点(亿华通、捷氢科技、国鸿氢能)》;高工氢电网,《氢电中科:催化剂群雄逐鹿 当先锋舍我其谁》;华尔街见闻,《钯金系列分析之三:供应篇》;《质子交换膜燃料电池铂基催化剂技术发展》,张杜鹃等,《船电技术》2021年第41卷第11期
《低铂质子交换膜燃料电池氧还原催化剂的研究进展与展望》,赵路甜等,《中国科学》2022年第67卷第19期;《车用燃料电池关键材料技术研发应用进展》,杜泽学,《化工进展》2021年第40卷第1期;河北省自然资源厅(海洋局),《铂资源现状与需求趋势》;头豹研究院,《2022年中国氢能研究系列(四):燃料电池系统企业盘点(亿华通、捷氢科技、国鸿氢能)》;高工氢电网,《氢电中科:催化剂群雄逐鹿 当先锋舍我其谁》;华尔街见闻,《钯金系列分析之三:供应篇》;《质子交换膜燃料电池铂基催化剂技术发展》,张杜鹃等,《船电技术》2021年第41卷第11期
“燃料电池催化剂已关联1篇产业链
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