催化劑作為燃料動(dòng)力鋰電池核心材料之一，其國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展備受行業(yè)人士關(guān)注。

據(jù)高工氫電調(diào)研了解，國(guó)內(nèi)很多科研院所都開展了燃料動(dòng)力鋰電池催化劑相關(guān)研究，具備一定的研究基礎(chǔ)。與產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)合來看，燃料動(dòng)力鋰電池催化劑實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)問題也不大，公司擁有一定的設(shè)備投入資金和工藝優(yōu)化能力就可以實(shí)現(xiàn)，但關(guān)鍵問題在于產(chǎn)線建成以后，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是否在各項(xiàng)性能指標(biāo)方面滿足真正的商業(yè)化需求。

燃料動(dòng)力鋰電池催化劑不同于一般的催化劑，對(duì)活性、穩(wěn)定性、耐久性等各項(xiàng)性能指標(biāo)要求很高，要在不斷使用過程中，經(jīng)過不斷測(cè)試、積累、完善，才能慢慢形成可以規(guī)模化生產(chǎn)的商用產(chǎn)品。而國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力鋰電池尚處于起步階段，為了防止風(fēng)險(xiǎn)，下游公司選用催化劑會(huì)優(yōu)先選擇經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的進(jìn)口催化劑，當(dāng)然也會(huì)去測(cè)試國(guó)產(chǎn)催化劑，但真正放心使用還要一個(gè)過程。

整體來看，目前國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力鋰電池催化劑要么仍然處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，要么公司能夠建成產(chǎn)線，但還要較大的運(yùn)行成本及產(chǎn)出成本，才能真正實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的良好運(yùn)行。一些公司已經(jīng)能夠出產(chǎn)催化劑，可能通過測(cè)試用于推廣，但真正能夠被下游批量使用的還有待驗(yàn)證。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)重要采用田中貴金屬(TANAKA)、莊信萬豐(JohnsonMatthey)的催化劑，其中田中貴金屬今年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上升很快，所占市場(chǎng)份額超過了莊信萬豐（后文會(huì)詳細(xì)分析兩者市場(chǎng)策略及變化原因）。

業(yè)界關(guān)心的是，為何國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力鋰電池催化劑研究多、參與者也多，實(shí)際產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展卻比較慢？國(guó)產(chǎn)催化劑與進(jìn)口催化劑技術(shù)差距到底在哪，為何會(huì)形成這種差距？國(guó)產(chǎn)催化劑技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)前景又如何？

技術(shù)差距

眾所周知，目前國(guó)內(nèi)燃料動(dòng)力鋰電池的首要任務(wù)之一是提高功率密度。提高燃料動(dòng)力鋰電池的功率密度要從提高性能與減小體積兩方面著手。在性能方面，通過分析燃料動(dòng)力鋰電池極化曲線可知，通過降低活化極化、歐姆極化、傳質(zhì)極化等多方面入手提高燃料動(dòng)力鋰電池性能。提高燃料動(dòng)力鋰電池性能首先要降低活化極化，而活化極化重要與催化劑活性密切相關(guān)。

影響催化劑活性的因素有很多，如載體的性能(比表面積、孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)等)、催化劑中活性金屬的含量和顆粒大小、活性金屬在載體上的宏觀和微觀分布等。

國(guó)內(nèi)外有關(guān)高活性、高穩(wěn)定性催化劑的解決方法有很多，如何在降低鉑使用量的基礎(chǔ)上提高催化劑性能，非常有難度。目前國(guó)內(nèi)公司研究以鉑炭催化劑為主，同時(shí)儲(chǔ)備鉑鈷催化劑（市場(chǎng)應(yīng)用上則以鉑炭催化劑居多，在外企的推動(dòng)下，下游公司也開始應(yīng)用鉑鈷催化劑）。

一名催化劑公司技術(shù)總監(jiān)表示：“有關(guān)鉑粒子的大小控制，國(guó)內(nèi)外差距不大，但如何制備出比表面積高、導(dǎo)電性更好、穩(wěn)定性更好的炭載體會(huì)存在差距。”

據(jù)了解，目前用于燃料動(dòng)力鋰電池催化劑的鉑鹽基本從國(guó)內(nèi)購(gòu)買，但碳粉完全依賴進(jìn)口。碳粉價(jià)格便宜，長(zhǎng)期進(jìn)口不會(huì)存在什么問題。但從技術(shù)角度來看，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)有關(guān)碳材料的技術(shù)研究并不重視，基礎(chǔ)非常薄弱，有關(guān)催化劑炭載體的研究制備會(huì)有影響。適用于燃料動(dòng)力鋰電池催化劑的碳粉，如同氣體擴(kuò)散層的碳紙及儲(chǔ)氫瓶的碳纖維相同，是一個(gè)難以攻克的瓶頸問題。

此外，國(guó)內(nèi)一位專注鉑炭催化劑研究的教授告訴高工氫電，鉑能否以納米形式高度分散到炭載體上，國(guó)內(nèi)差距也很明顯。鉑在炭載體上的高度分散是催化劑設(shè)計(jì)的一個(gè)很重要因素，可以提高鉑的利用率、降低鉑的用量，在催化劑設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮炭載體的類型、疏水性、表面官能團(tuán)等因素。在催化劑制備過程中，通常要優(yōu)化催化劑負(fù)載過程，對(duì)炭載體結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)進(jìn)行處理，這些處理過程都會(huì)影響鉑催化劑的分散性。

受限于多方面因素，目前國(guó)內(nèi)鉑炭催化劑活性與國(guó)際先進(jìn)水平存在差距。為了達(dá)到商用要求，國(guó)內(nèi)催化劑采用鉑的含量普遍偏高。據(jù)了解，豐田Mirai燃料動(dòng)力鋰電池催化劑Pt含量為0.175g/kW，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品好的達(dá)0.3g/kW，差的在0.4-0.5g/kW（Pt含量指的是催化劑中陰陽兩級(jí)的鉑族金屬總量）。美國(guó)DOE設(shè)定的2020年催化劑技術(shù)指標(biāo)是鉑族金屬總量（兩極總和）是0.125g/kW，按照國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)水平，2020年難以達(dá)到。

值得注意的是，燃料動(dòng)力鋰電池在反應(yīng)過程中，由于氧還原反應(yīng)（ORR）的交換電流密度遠(yuǎn)低于氫氧化反應(yīng)（HOR），一般極化損失重要來自于陰極側(cè)（空氣側(cè)）。比較來看，陽極側(cè)催化劑研發(fā)制備相對(duì)簡(jiǎn)單，鉑用量已經(jīng)降到比較低的程度，而陰極側(cè)催化劑活性提高難度大，其鉑用量通常比陽極側(cè)催化劑每千瓦多出5-6倍。

所以，當(dāng)前業(yè)界的研究重點(diǎn)是如何提高陰極側(cè)催化劑的活性。

公司策略

從全球燃料動(dòng)力鋰電池催化劑市場(chǎng)來看，豐田燃料動(dòng)力鋰電池汽車用自己旗下公司的催化劑；現(xiàn)代燃料動(dòng)力鋰電池汽車用韓國(guó)公司的催化劑，該韓國(guó)公司已被優(yōu)美科收購(gòu)；本田燃料動(dòng)力鋰電池汽車用田中貴金屬的催化劑；從我國(guó)市場(chǎng)來看，田中貴金屬與莊信萬豐在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)拓展走在前列。這重要得益于兩家公司在催化劑領(lǐng)域的長(zhǎng)期積累與公司策略。

資料顯示，田中貴金屬?gòu)?985年展開燃料動(dòng)力鋰電池催化劑研究，集結(jié)長(zhǎng)年培育的貴金屬催化劑技術(shù)及電化學(xué)技術(shù)，開發(fā)了PEFC的陰極（空氣極）用高活性白金催化劑，以及陽極（燃料極）用耐一氧化碳（CO）毒害特性的優(yōu)良白金合金催化劑。

2018年，田中貴金屬投資約40億日元擴(kuò)大位于神奈川縣的開發(fā)制造燃料動(dòng)力鋰電池用電極催化劑的FC催化劑開發(fā)中心。在毗鄰田中貴金屬工業(yè)湘南廠內(nèi)原有的FC催化劑開發(fā)中處，增設(shè)總建筑面積約3000平方米的制造出貨大樓和存放倉庫大樓，將生產(chǎn)量力提高約7倍。

一名知情人士表示：“田中很早開始研發(fā)燃料動(dòng)力鋰電池催化劑，與日本重視發(fā)展燃料動(dòng)力鋰電池有關(guān)。田中擴(kuò)充產(chǎn)量意味著對(duì)未來市場(chǎng)的看好，目前我國(guó)客戶占田中的業(yè)務(wù)份額比較大，也應(yīng)該是其接下來比較看重的市場(chǎng)。田中的燃料動(dòng)力鋰電池催化劑產(chǎn)品系列非常多，還可以根據(jù)客戶要求開發(fā)定制化產(chǎn)品，這是其他廠商難以比肩的。”

莊信萬豐于1817年在倫敦設(shè)立，是一家全球性專用化學(xué)品公司，致力于發(fā)展催化劑、貴金屬和專用化學(xué)品核心技術(shù)。早在上個(gè)世紀(jì)60年代美國(guó)上用的催化劑產(chǎn)品，就由莊信萬豐供應(yīng)，在燃料動(dòng)力鋰電池催化劑上的研究與生產(chǎn)也非常早。在我國(guó)市場(chǎng)，無論是公司還是科研機(jī)構(gòu)購(gòu)買莊信萬豐催化劑產(chǎn)品的非常多。

值得一提的是，目前莊信萬豐賣給我國(guó)市場(chǎng)的催化劑產(chǎn)品是經(jīng)過市場(chǎng)驗(yàn)證的早期產(chǎn)品，生產(chǎn)基地在北美。由于燃料動(dòng)力鋰電池催化劑整體市場(chǎng)容量并不大，有關(guān)公司的利潤(rùn)貢獻(xiàn)小，莊信萬豐的業(yè)務(wù)重心更多放在膜電極上，其膜電極產(chǎn)品上的催化劑技術(shù)更為先進(jìn)。前段時(shí)間億華通公布的科創(chuàng)板招股說明書上顯示，公司膜電極產(chǎn)品就采購(gòu)自莊信萬豐。

高工氫電了解到，莊信萬豐早在2000年就在英國(guó)設(shè)立了膜電極廠。多年以來，莊信萬豐膜電極業(yè)務(wù)一直在持續(xù)開展，并未因市場(chǎng)波動(dòng)而停滯，目前北美及歐洲多家量產(chǎn)燃料動(dòng)力鋰電池公司都是其客戶。在國(guó)內(nèi)，莊信萬豐與巴拉德膜電極漸漸形成PK之勢(shì)。

比較田中貴金屬與莊信萬豐，國(guó)內(nèi)公司大多于近幾年才開始展開燃料動(dòng)力鋰電池催化劑的研發(fā)，積累顯然嚴(yán)重不足。而作為一款車用產(chǎn)品，必須符合車用標(biāo)準(zhǔn)，也必須在車上經(jīng)過反復(fù)不斷驗(yàn)證才算獲得真正的認(rèn)可，這一點(diǎn)是國(guó)產(chǎn)催化劑最缺乏的。

一名資深業(yè)內(nèi)人士表示：“比較國(guó)內(nèi)外公司，最大的不同在于，我國(guó)公司基本都圍繞政策轉(zhuǎn)，很少公司有自己的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。國(guó)外公司涉足者沒那么多，僅少數(shù)幾家堅(jiān)定看好未來發(fā)展前景，自負(fù)盈虧搞研發(fā)，即便在沒有市場(chǎng)的情況下，也在持續(xù)地長(zhǎng)期投入。也正是因?yàn)殚L(zhǎng)期的堅(jiān)持，才能在燃料動(dòng)力鋰電池風(fēng)起時(shí)占據(jù)技術(shù)高地。”

業(yè)界都希望催化劑能夠盡快批量國(guó)產(chǎn)化，不然對(duì)整個(gè)燃料動(dòng)力鋰電池行業(yè)發(fā)展都不利。只不過，在國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)材料研發(fā)薄弱、政策導(dǎo)向強(qiáng)、公司商業(yè)化宣傳濃厚的環(huán)境下，行業(yè)顯得比較浮躁。

“國(guó)內(nèi)催化劑不是做不起來，假如能腳踏實(shí)地做事情，同時(shí)公司人員、設(shè)備、資金投入能跟上，與終端應(yīng)用緊密結(jié)合，相信能較快地做出性能指標(biāo)還不錯(cuò)的產(chǎn)品。”上述資深業(yè)內(nèi)人士說，當(dāng)然由于當(dāng)前整個(gè)燃料動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)容量并不大，這其中存在很多的不確定性，很可能要等進(jìn)口產(chǎn)品應(yīng)用成熟穩(wěn)定了，國(guó)產(chǎn)才慢慢進(jìn)入。