全球及中国氢燃料电池催化剂行业现状分析

全球及中国氢燃料电池催化剂行业现状分析一、燃料电池催化剂综述燃料电池（FuelCell）又称电化学发电器，用燃料和氧气作为原料，通过电化学反应将燃料化学能部分转换成电能。根据电解质类型的不同，当前燃料电池主要分为以下6种：质子交换膜燃料电池（PEMFC）、甲醇燃料电池（DMFC）、磷酸盐燃料电池（PAFC）、碱性燃料电池（AFC）、熔融盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）因高效、低温快速启动、零污染、低噪音的优点，成为当前市面上的主流燃料电池产品，出货量占据显著优势。电堆系统是氢能车的心脏。电堆主要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层，以及其他结构件等组成。氢燃料电池占整车成本40%，而电堆占燃料电池系统成本的62%，燃料电池堆主要是由单燃料电池构成，单电池又包括双极板、密封圈、膜电极（MEA），其中膜电极包括质子交换膜、催化剂层和气体扩散层，催化剂占电堆成本低的36%。氢燃料电池电堆成本结构组成细分（单位：%）催化是使电极与电解质界面上的电荷转移反应得以加速的催化作用，电催化反应速度不仅由电催化剂的活性决定，而且与双电层内电场及电解质溶液的本性有关。催化层是发生电化学反应的场所，是电极的核心部分。催化剂有低铂、铂基及非铂三类，关系到燃料电池电堆的性能和寿命。目前燃料电池中常用的商用催化剂是Pt/C，通常用高比表面积的碳搭载铂纳米颗粒，然后将铂碳催化剂均匀分散在电极表面。氢燃料电池催化剂分类情况二、燃料电池催化剂行业现状1、燃料电池汽车从全球市场来看，燃料电池汽车销量及保有量大幅增长。据统计，2021年全球氢能源汽车销量达16313辆，同比2020年增长68%，截止2021年保有量已达49562辆。2020-2021年全球燃料电池汽车销量及保有量情况从中国市场来看，2016-2019年产量CAGR达到65%。2020年受疫情影响略有滑坡，2021年销量达1586辆，同比2020年增长35%左右，近五年整体呈产销量上升趋势。从2022年前两个月氢能源汽车产销量而言，根据中汽协分别达到了355辆和370辆，行业或将迎来爆发期。2016-2022年中国燃料电池汽车产量及销量情况2、燃料电池出货情况从燃料电池出货功率及装机情况来看，全球和中国燃料电池装机持续增长。据统计，2020年全球燃料电池装机容量为1319MW，中国装机容量为87MW。2015-2020年全球及中国燃料电池出货功率变化3、燃料电池催化剂行业现状燃料电池汽车单车载铂量整体呈下降态势。据庄信万丰数据，早期氢燃料电池汽车的铂含量为30-80克/辆，铂消耗量为传统柴油车的3-8倍；近年来，随着技术进步，单车铂含量有所下降，国内燃料电池铂催化剂已经开始量产，但距离国际先进水平仍有差距。本田Clarity催化剂Pt含量降至16克/辆，丰田Mirai燃料电池催化剂Pt含量达到20克/辆，而国内铂用量大概在30-40克/辆水平。尽管当前全球氢燃料电池车数量有限，但预计2035年全球燃料电池车保有量能达到300万辆，而技术进步推动每辆载铂降至当前1/3（10克），则2021-2035年期间合计铂金需求量将达到44吨，2035年燃料电池载铂用量达到8.4吨。2020-2035年全球燃料电池催化剂用铂需求量情况目前我国铂催化剂以进口为主，国内技术正起步。“以贵金属及其化合物为活性物的载体催化剂”海关编码“38151200”。据海关总署数据，2021年我国贵金属催化剂进口数量为6179吨，出口数量为1715吨，进口金额为14.21亿美元，出口金额为2.23亿美元。2015-2021年中国贵金属催化剂进出口数量情况从进口分布情况来看，欧洲、北美洲和亚洲是我国主要进口地区，分别占比(按进口量)51.9%、35.7%、12.0%，共计99.6%。具体来看，美国是我国的主要进口国，进口数量为219.3吨，进口金额为5.15亿美元。2021年中国贵金属催化剂进口占比国家分布注：内圈按进口数量占比分布，外圈按进口金额占比分布。相关报告：华经产业研究院发布的《》三、燃料电池催化剂行业竞争格局从全球市场竞争格局来看，日本田中贵金属、英国庄信万丰和比利时优美科是全球较大的几家燃料电池催化剂供应商，催化剂制备技术处于绝对领先地位，已经能够实现批量化生产（大于10kg/批次），而且性能稳定，可靠性高。贵研铂业、武汉喜马拉雅、中科科创、苏州擎动科技、武汉理工新能源等是国内开展催化剂开发的代表企业。其中，贵研铂业是国际五大知名贵金属公司之一，在燃料电池催化剂领域布局较早，是行业内唯一的上市公司。贵研铂业与上海汽车集团合作已经研发出铂基催化剂。根据公司官网，苏州擎动科技开发的铂合金催化剂能够将燃料电池的铂消耗量降低7%，是国内首个实现量产的燃料电池用铂合金催化产品。国内外燃料电池催化剂生产企业介绍四、燃料电池催化剂行业未来发展趋势1、国内市场起步较慢，未来发展前景好目前，我国的催化剂市场基本海外企业占据，国内企业还处在小批量或研发阶段。国内外燃料电池催化剂技术差距较大，其中铂族金属载量海外已经进展到0.06g/kw，0.35mg/cm2；国内为0.3g/kw，0.16mg/cm；活性衰减方面，海外已经实现3万次循环后衰减在5%以内；国内3千次循环后衰减达到86%。近年来，政策加码贵金属催化剂行业发展，未来发展前景向好。2、燃料电池汽车用铂量持续降低根据庄信万丰（JohnsonMatthey）的测算，早期每辆氢燃料电池汽车的铂含量为30-80克，铂消耗量为传统柴油车的3-8倍；近年来，随着技术进步，单车铂含量有所下降，目前海外最新的研究能够将铂用量降至0.06g/kW（约7.06g/辆），国内技术水平则为0.3g/kW，而丰田等第一梯队车企的商业化车型用量大约为0.17g/kW（约20g/辆），未来随着技术的进步，每辆燃料电池汽车载铂量降至更低。3、非铂催化剂是发展方向非贵金属和非金属催化剂则完全摆脱了对贵金属的依赖，但稳定性与Pt基催化剂仍有较大差距。在众多非贵金属催化剂中，过渡金属-氮-碳化合物因其具有可观的ORR催化活性（在酸性溶液中）、低成本、寿命长、抗甲醇和环境友好等特点，被认