突破國內燃料電池車成本桎梏
2020年11月16日 10:24 13864次瀏覽 來源： 中國有色金屬報 分類： 新材料前沿 作者： 新材料在線
燃料電池汽車正在悄然崛起。
早在1992年，日本豐田汽車就開始研究氫燃料電池汽車，當時起名為FCHV。經過10多年的技術積累，在2014年底，豐田Mirai正式面世發(fā)售。
隨著技術的突破，燃料電池汽車的發(fā)展速度越來越快。相關數(shù)據顯示，2013~2017年，全球氫燃料電池汽車銷量僅為6475輛，其中，大部分為豐田的Mirai系列；2018年有了較大幅度的增長，合計銷售5525輛；2019年全球銷量增至7500輛。
燃料電池車在國內的發(fā)展軌跡也逐漸清晰。
2018年，國務院總理李克強考察日本豐田汽車北海道廠區(qū)，參觀了Mirai燃料電池轎車。
國家層面對燃料電池車的重視程度可見一斑。然而，有一款關鍵材料一直制約著國內燃料電池車的發(fā)展。
燃料電池是燃料電池汽車的核心部件之一，燃料電池的關鍵材料之一則是催化劑，而催化劑的作用是使氧氣與儲氫罐中的氫氣發(fā)生電化學反應，為車提供驅動能量。
但早前，國內的催化劑主要依賴進口，交貨周期長、成本高，給國內燃料電池產業(yè)鏈發(fā)展帶來局限。
2019年，國內一家企業(yè)宣布其催化劑產品實現(xiàn)量產，為國內燃料電池車的發(fā)展帶來更多可能。這家企業(yè)就是上海濟平新能源科技有限公司（以下簡稱“上海濟平”）。
破解進口依賴困境
國家相關政府部門已多次釋放出“加快推進氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展”的信號。
中國科學院院士歐陽明高預計，到2020年，中國市場將會有5000輛到10000輛氫燃料電池汽車；2025年，市場的規(guī)?；驅⑦_到5萬~10萬輛。
“鋰電池車和燃料電池車是互補的。城際城市之間的代步，鋰電車是最好的，而遠途城市之間的交通使用燃料電池車更理想。因為加氫速度快一點，安全性能較高一些。”上海濟平副總裁劉瑾慧表示。
氫燃料電池汽車的市場增長無疑也將帶動催化劑的需求增長。業(yè)內專家介紹道，一輛普通家用小車大約需要80克催化劑，一輛營運客車大車則需要上百克。
車均用量不大，但其成本占比卻較高。
燃料電池的電堆包括膜電極、雙極板等組件，而催化劑是膜電極MEA的關鍵組成材料。在整個燃料電池中，催化劑成本占比最高。據賽瑞研究推算，在年產1000套燃料電池時，催化劑占總成本的26%，當年產電池數(shù)量達到10萬套或50萬套時，催化劑成本會達到40%左右。
“國內燃料電池催化劑80%到90%的原材料依賴進口，造成了極高的成本，而且供貨期不定。”劉瑾慧感慨道。
國內催化劑供應商主要有日本田中貴金屬、英國Johnson Matthey、比利時優(yōu)美科等巨頭。
2018年，上海濟平成立。
“我們想幫助下游的產業(yè)來解決依賴進口這個重要問題，助力燃料電池產業(yè)在中國發(fā)展。”劉瑾慧說。
成立第二年，上海濟平便實現(xiàn)投產，并一舉拿下國產化催化劑市場的產銷第一，在國產化催化劑市場份額占比80%。
“我們有在燃料電池催化劑領域深耕20多年的專業(yè)人才，能快速地找到合適的設備、合適的碳載體，然后快速地進行量產。”劉瑾慧表示。
量產難度大門檻高
燃料電池催化劑量產難度有多大？
上海濟平之所以能快速拿下國產化催化劑市場80%份額，就有賴于其量產技術。
實際上，國內對于燃料電池催化劑的研究并不少，國產催化劑企業(yè)也有中科科創(chuàng)、喜瑪拉雅、擎動科技等。但中國工程院院士衣寶廉曾公開表示，國內研究催化劑的單位和企業(yè)，還拿不出催化劑裝車的運行數(shù)據。
換言之，下游客戶還沒有認可，商業(yè)化數(shù)據積累不夠充分。而客戶的認證，有多道門檻：耐久、成本低、一致性高等。
由于鉑金能使氫和氧高效反應，且反應穩(wěn)定，可適應燃料電池內部復雜的化學環(huán)境和高電流密度，因此燃料電池催化劑多采用鉑金。
但鉑金催化劑容易“中毒”。遇到一氧化碳、氮氧化物或硫化物后無法“變出”質子，并且堆積在電堆里，反而影響電堆的壽命。
據業(yè)內人士介紹，國內實驗室的鉑金催化劑“中毒”等問題的解決尚不完美，仍未達到量產方面的要求，因此產業(yè)鏈更傾向于采用技術較為成熟的進口催化劑產品。
此外，對于催化劑企業(yè)而言，實現(xiàn)更大規(guī)模的量產需要具備相應的經驗和數(shù)據，而經驗和數(shù)據需要靠重金“砸”出來。
鉑屬于重要的貴金屬，其主要開采地南非每年僅開采100噸左右，價格難免昂貴。
劉瑾慧表示，每進行一次放大生產就意味著高昂的投入。從100克到200克、300克，每個環(huán)節(jié)的放大都關系到設備的調整，此外，制備環(huán)境、溶液都會隨之發(fā)生變化。
但凡經歷一次失敗，對于企業(yè)而言沉沒成本動輒達到幾十萬元甚至上百萬元，“這需要巨大的人力物力財力投入，所以真正能夠拿出量產產品的企業(yè)很少。”
“國外在催化劑這一塊的研制已經有數(shù)十年的歷史，他們有豐富的產業(yè)化經驗。”劉瑾慧表示，這是國內企業(yè)難以企及的水平。
在2019年的投產儀式上，上海濟平宣布一期催化劑年產量可達1500千克。
“國內很多企業(yè)日產量僅為100克到200克之間，很多時候是分批供貨。但是對客戶而言，一次性采購1千克和分5個批次采購200克相比，前者的成本、時間、一致性等無疑更具優(yōu)勢。”劉瑾慧說。
2020年7月，上海濟平和廣東省佛山市南海區(qū)人民政府正式簽約設廠，項目投產后，預計可年產2噸催化劑，可配套2萬臺套電堆。
占領了技術制高點，上海濟平棋局進一步做大。
新生企業(yè)的市場棋局
盡快實現(xiàn)燃料電池催化劑進口替代，下游的呼聲無疑是高漲的，畢竟他們遭受店大欺客的現(xiàn)象，在過度依賴進口產品時時有發(fā)生。
劉瑾慧回憶道，曾有客戶購買進口的催化劑，最后檢查出氯含量超標，對催化劑性能產生嚴重影響。“一下就是幾百萬元砸在手上，而進口商卻推諉責任。”
據了解，形成本土化供應后，供貨期相較進口有所縮短，并且將形成比較穩(wěn)定的供貨關系。
但面對這個剛成立2年的本土企業(yè)，對于其產品的可靠性，下游客戶難免犯嘀咕。
“客戶的信任是有一個過程的。”成立初，劉瑾慧帶著產品去找客戶，結果碰了一鼻子灰，客戶明確表示不考慮國產催化劑，并且對這個新成立企業(yè)的技術存疑。“我聽到最多的一句話就是我目前不使用國產催化劑，有了大廠背書我們再用也不遲。”
對此，上海濟平的策略是抓住下游龍頭進行推廣，通過龍頭企業(yè)的背書，進一步向其他潛在客戶推廣。“效果十分明顯，被進口產品折磨過的客戶想先嘗試測試，然后從少量的試用開始。”
作為本土企業(yè)，上海濟平也為客戶增加了貼心的增值服務。如有新入行的客戶想做膜電極，但不清楚催化劑的漿液調配，上海濟平則通過分享催化劑的漿液調配等相關經驗，幫助他們把膜電極的性能做高。
上海濟平也在思考如何進一步降低催化劑成本。
其一便是根據客戶工藝和需求降低鉑載量。上海濟平的鉑合金催化劑產品的活性是鉑碳催化劑的兩倍，意味著使用0.2mg/cm2的鉑合金催化劑產品與0.4mg/cm2的常規(guī)的鉑碳效果是同等的。
其二是與上游的貴金屬材料商合作，將鉑價格鎖定在一定范圍內。
另外，尋找新的方向，如研發(fā)第二代催化劑——三元鉑合金催化劑，以求增進耐久性。“如果能夠量產的話，它大概可以降到鉑碳催化劑價格的60%。”
2019年鋰電新能源車的銷量突破百萬輛級，而燃料電池車銷量僅數(shù)千輛。
但劉瑾慧依然樂觀，“技術問題解決了，市場也會發(fā)展起來的，政策也會隨之而來，這樣又會帶動市場進一步發(fā)展。”
責任編輯：陳鑫
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