“目前国内采购进口催化剂为主，国产催化剂要取代进口的地位还需要继续努力。“深圳航天科技创新研究院研究员、主任兼总工程师吕海峰博士表示。
在2022（第四届）高工氢电产业峰会（华南站）上，吕海峰发表了“国产催化剂‘替代起步’”的主题演讲。他介绍，未来催化剂技术攻关主要集中体现在三个方面：其一、消除燃料电池由阴极动力学、阻抗和质量传输造成的性能损失；其二、提升Pt利用率，减少Pt的用量。抑制催化剂在燃料电池运行工况下衰减，并通过Pt合金技术提高催化剂性能；其三、提升催化剂的耐久性。
催化剂市场概况与降本意义
吕海峰针对国产催化剂的市场空间做了一个预估：2025年国内催化剂市场可能会达到10吨的规模（市场空间23亿元），2030年可能要100吨左右（市场空间210亿元）。
当前燃料电池催化剂用都需要用到贵金属铂，所以成本是比较高的。燃料电池总体成本在下降时，催化剂在核心零部件占比却在不断提升。美国能源部预测，当燃料电池系统的数量从1000台提升到50万台时，催化剂占电堆的成本将从25%能达到42%。
国内有近1万台燃料电池车在运行，超过90%都是用的进口催化剂，主要还是美国、日本，还有比利时、德国的催化剂，所以“十四五”期间国家做燃料电池示范就规定了一个政策，示范的主要目的就是核心零部件不能被卡脖子，要实现国产化。去年出台的“以奖代补”政策，催化剂补贴的分也比较高，0.3分也意味着企业能获得3万块钱的补贴。
催化剂国产化替代的难点
城市示范群的政策是去年发布的，从今年下半年到明年上半年大概会有一个国产催化剂逐渐替代的过程。“十四五”就是五年的时间，留给大家的时间也不是很充裕，由于国内的燃料电池催化剂企业量产起步较晚，替代还是比较难的。
燃料电池现在膜电极里面的痛点大概归纳了几类，其一是国产催化剂替代进口，在性能上要能与国外相媲美，包括初始性能和耐久性。
其二是成本，燃料电池催化剂的主要成本是铂和碳，另外就是加工费，目前所谓的降本主要是把加工费压到极限低。制造环节降本需要有量的支撑，如何从贵金属的角度降本成为突破的重点。这方面可以通过商业模式的方式取得突破。铂虽然比较贵，但是它在实际工作过程中并非消耗品，可以进行回收利用，催化剂中95%以上的铂是可以回收的，可以循环利用。
其三是催化剂在使用的过程中还需要考虑一致性的问题。燃料电池产业化需要的燃料电池量是非常大的，需要工艺生产能力或者装备能做到每批次生产的催化剂都是一样的，能满足下游客户的需要。并且催化剂装堆上车之后，要提高氢的利用率，这里面要做的工作是比较多的。
国产催化剂技术攻关的方向
为此，吕海峰总结了国产催化剂技术攻关的主要方向：首先是阴极方面的突破，由于是贵金属，特别是铂对氧的结合能力比较难，装成膜电极它会有一些阴极的动力学、阻抗或者是一些其他传质的性能损失；需要消除燃料电池由阴极动力学、阻抗和质量传输造成的性能损失
其二是要降低铂的用量，未来基本上就是采用铂合金或者非铂的路线，但是非铂都是处于研究起步阶段，离真正装车还是比较远，所以短期内主要是通过合金化的方式降低铂的用量。
其三是提升耐久性。在燃料电池运行下，催化剂是有一个性能衰减的过程，耐久性非常关键。由于铂会在酸碱高温环境下会逐渐溶解、沉积，包括碳也会有一些腐蚀，需要通过铂的结构设计来提高它的稳定性，比如说改变铂内部的原子分布状态，做一个更稳定的结构。
现阶段，深圳航天科技创新研究院（下称“深航院”）催化剂技术团队就在做这样的工作。团队技术负责人，具有超过15年的专业燃料电池催化剂的研发经历，在美国能源部DOE旗下的实验室，专门做燃料电池开发。
“我们研究发现铂不同的晶面稳定性不一样，这个稳定性和铂每一个晶面原子数有关。” 吕海峰表示，深航院催化剂技术团队在稳定性方面做了很多工作，比如从铂的纳米尺寸结构优化设计，可以通过铂内部原子层的分布，形成单层或者多层的分布，另外也通过金属掺杂提高铂的稳定性。
深航院的催化剂国产化实践
深圳航天科技创新研究院属于中国航天科技集团有限公司二级单位，依托现有宇航电源及新能源、新材料、信息技术、机器人及智能装备四个优势业务，在氢能方面主要专注于催化剂的产业化。
公司团队技术负责人，具有超过15年的专业燃料电池催化剂的研发经历。拥有国内外的顶尖产业专家，目前已申报发明专利17项，2项获批，专利涉及核心技术、批量制备、MEA等领域。
在工程化制备方面，深航院有基础研究的能力，从单晶到纳米颗粒到膜电极都可以做验证，最难的就是工艺控制，很多先进的工艺发论文可以做到的也就是毫克级的水平，如何把它做到克级、百克级、公斤级，这里面是很难的。
对此，深航院设计了一个工艺开发体系，把催化剂从原始的配方一步步进行放大。每一步有很多相关决策的阶段，如果有一段出现问题我们会立马叫停，推倒重来。如果工艺完成之后就开始进行做工艺装备了，根据工艺来设计开发装备，再找产业链企业进行设备的定制开发。
目前深圳航天科技研究院已经具备独立自主的制备和产业化能力。已完成催化剂产品实验室研发、公斤级中试，正处于客户导入期；并且已完成搭建自主设计的自动化中试生产线，产能达到1kg/日批次，部分深入合作客户已展开公斤级订单合作。
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