一、突破燃料電池“卡脖子”技術(shù)瓶頸，催化劑是關(guān)鍵
作為氫能應(yīng)用的先導(dǎo)領(lǐng)域，氫燃料電池汽車在全球受到高度重視。我國也已在氫燃料電池汽車的應(yīng)用推廣領(lǐng)域不斷取得新進(jìn)展，并初步掌握了關(guān)鍵零部件等核心技術(shù)。
當(dāng)前，氫燃料電池領(lǐng)域“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)之一是催化劑。
催化劑是燃料電池電堆的核心部分，是氫燃料電池反應(yīng)的關(guān)鍵所在，主要由碳載體和鉑（Pt/C）或鉑合金（Pt合金/C）組成，其中碳載體主要是納米顆粒碳、碳納米管、碳須等。
催化劑對燃料電池起到提高反應(yīng)速率，降低反應(yīng)對體系環(huán)境的要求等作用。
圖表1：燃料電池電堆的構(gòu)成圖示
資料來源：Wind、韋伯咨詢
目前，氫燃料電池的催化劑主要分為三個大類：鉑(Pt)催化劑，低鉑催化劑和非鉑催化劑。
其中：低鉑催化劑分為核殼類催化劑與納米結(jié)構(gòu)催化劑，非鉑催化劑分為鈀基催化劑、非貴金屬催化劑與非金屬催化劑。
圖表2：氫燃料電池催化劑的分類
資料來源：Wind、韋伯咨詢
鉑金催化劑是組成膜電極的重要材料，當(dāng)燃料電池大規(guī)模推廣應(yīng)用時，鉑金催化劑成本預(yù)計占電堆成本的40%以上。
因此，開發(fā)低鉑高性能的膜電極是發(fā)展燃料電池技術(shù)的一個根本任務(wù)。
圖表3：氫燃料電池電堆成本結(jié)構(gòu)分析
資料來源：Wind、韋伯咨詢
燃料電池的性能正比于鉑的載量和單位鉑載量的性能，而單位鉑載量的性能取決于鉑的電化學(xué)活性比表面積（鉑原子的利用率）、表面鉑原子的催化活性和在燃料電池中氧氣的傳輸效率。
所以，相同鉑載量的膜電極，其發(fā)電性能可以差異很大。
根據(jù)莊信萬豐的測算，早期每輛氫燃料電池汽車的鉑含量為30-80克，鉑消耗量為傳統(tǒng)柴油車的3-8倍。
近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步，單車鉑含量有所下降。
目前，海外最新的研究能夠?qū)K用量降至0.06g/kW（約7.06g/輛），國內(nèi)技術(shù)水平則為0.3g/kW，而豐田等第一梯隊車企的商業(yè)化車型用量大約為0.17g/kW（約20g/輛）。
因此，低鉑和非鉑催化劑的開發(fā)成為降低燃料電池成本的關(guān)鍵。
二、氫燃料電池催化劑依賴進(jìn)口，國產(chǎn)替代潛力巨大
中國海關(guān)總署公布的數(shù)據(jù)顯示：2022年，國內(nèi)催化劑行業(yè)進(jìn)口總額達(dá)37.23億美元，同比-1.5%，貿(mào)易逆差為17.48億美元，同比-13.90%，盡管貿(mào)易逆差逐漸縮窄，但我國仍是全球較大的化工催化劑買方市場。
圖表4：2015-2023年中國催化劑行業(yè)進(jìn)出口及貿(mào)易逆差規(guī)模（萬美元）
資料來源：海關(guān)總署、韋伯咨詢
目前，國內(nèi)氫燃料電池催化劑市場對進(jìn)口產(chǎn)品的依賴程度較高，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對落后。
據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)有近1萬臺燃料電池車在運行，其中超過90%的燃料電池在使用進(jìn)口催化劑。
2021年3月，加拿大巴拉德動力公司（Ballard Power Systems）與上海濟(jì)平新能源科技有限公司簽署了采購合同，濟(jì)平新能源將出口燃料電池鉑碳、鉑合金催化劑，產(chǎn)品經(jīng)過檢驗檢測已陸續(xù)發(fā)往加拿大多倫多港口，這是國產(chǎn)燃料電池催化劑產(chǎn)品首次出口海外市場，實現(xiàn)了零的突破。
本次巴拉德選中的濟(jì)平新能源三款燃料電池催化劑產(chǎn)品分別是：50%鉑碳催化劑、60%鉑碳催化劑、50%鉑鈷催化劑。
其中，50%鉑碳催化劑是高耐久催化劑，60%鉑碳催化劑是高性能催化劑；50%鉑鈷催化劑是二代高性能催化劑。
圖表5：濟(jì)平新能源三款燃料電池催化劑情況
資料來源：Wind、韋伯咨詢
當(dāng)前，在國內(nèi)市場活躍的國外燃料電池催化劑供應(yīng)商主要有日本田中貴金屬（TKK）、英國莊信萬豐（JM）、比利時優(yōu)美科（Umicore）等多家公司，其中田中貴金屬和莊信萬豐占據(jù)較高的市場份額。
另外，氫燃料電池催化劑相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)目前也主要掌握在西方少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中；
國內(nèi)企業(yè)大多數(shù)還處于實驗室階段，少數(shù)企業(yè)可實現(xiàn)量產(chǎn)，如貴研鉑業(yè)、喜馬拉雅光電、擎動科技等，已初步形成打破國外壟斷之勢。
圖表8：國內(nèi)外燃料電池催化劑生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品梳理
資料來源：Wind、韋伯咨詢
2021年，我國燃料電池電堆出貨量為757MW，同比增長128%，出貨量增長迅速。
從市場規(guī)模來看， 2021年我國燃料電池電堆年新增市場規(guī)模約為6.2億元，預(yù)計2025/2030年，燃料電池電堆新增市場分別為75/238億元。
圖表7：2020-2030年中國燃料電池電堆市場規(guī)模及增長率預(yù)測（億元，%）
資料來源：Wind、韋伯咨詢
按照催化劑成本占電堆成本的36%來推算，2021年中國氫燃料電池催化劑新增市場規(guī)模約2.32億元，預(yù)計2025年有望達(dá)到27億元的規(guī)模，復(fù)合增長率約為86%。
總體來看，國內(nèi)氫燃料電池催化劑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程目前尚處于早期，國產(chǎn)替代之路才剛開始。
圖表8：國產(chǎn)催化劑技術(shù)攻關(guān)的主要方向
資料來源：Wind、韋伯咨詢
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