铂是燃料电池“心脏”吗?

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-05-04 07:58 标签： 铂的化合物有哪些
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燃料电池系统成本构成中，催化剂、双极板、质子交换膜、空气循环系统、氢气循环系统、热力管理系统分别占电池系统成本的24%、10%、5%、21%、5%、9%。

关键零部件依赖进口制约国产燃料电池汽车商业化

国内燃料电池与国外存在差距。我国的燃料电池的功率密度、续航里程、寿命、冷启动温度等多项指标与国外存在差距。

关键零部件技术缺乏是制约国内燃料电池汽车产业发展重要原因。燃料电池关键零部件(如催化剂、碳纸、金属双极板、空压机、70MPa储氢瓶和氢循环装置等)缺乏量产的成熟产品，产业链配套体系不完善，许多关键零部件及技术依赖进口，成本难以控制。

国内燃料电池关键部件国产化进程加快。上汽第四代燃料电池车与宇通燃料电池车第三代客车的问世意味着我国燃料电池车产业化逐渐进入萌芽期，燃料电池系统与各个关键部件的研发、厂商配套能力提升，产品国产化程度不断提升。以新源动力为例，MEA10a-CCM10型号的膜电极产品采用的催化剂、质子交换膜和气体扩散层已经从进口转为使用国产产品。

政策支持燃料电池关键零部件国产化，补贴到2020年不退破

燃料电池车补贴幅度达到整车售价的40%，且到2020年之前不退破。2015年4月财政部公布发布了《关于年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，年，燃料电池乘用车、轻型客车/货车、中大型客车/货车的补贴额度分别为20、30和50万元，北汽福田的BJ6123FCEVCH燃料电池客车进入了补贴目录。目前丰田Mirai在日本的售价为723万日元(税后)，以目前汇率折算人民币约47万，日本政府补贴200万日元(约13万人民币)，若是以相当价格在国内销售，我国的补贴幅度将超过整车的40%。

补贴之外，多项政策出台支持燃料电池关键零部件的国产化：

燃料电池关键部件之一：燃料电池堆

燃料电池堆是电池系统的心脏，成本占电池系统49%

单体燃料电池由双极板、膜电极组件(MEA)、密封圈等部件组成，其中膜电极组件成本占燃料电池堆的60%，主要是由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层组成。工作时，氢气经过双极板上的流道到达阳极，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达阴极板，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路到达阴极板，从而产生电流;与此同时，空气经双极板上的流道到达阴极，空气中的氧与氢离子和电子在阴极结合为水，同时空气把产生的水(蒸汽)带走。

导读：铂在电池催化剂的地位中短期不可替代。铂催化剂约占电堆成本10%，未来5年占比上升，成本约降一半。与钴需求集中爆发情况不同，铂催化剂稳步上升，氢云链判断，未来铂金价格波动对电堆成本影响不大，市场无需过度焦虑。

2016年起，三元电池正极材料钴价暴涨，投机炒作对发展造成负面影响，会不会出现了相似情况？铂是燃料电池催化剂至少目前不可替代的关键材料，JM的20 wt%的催化剂价格约430元/克，国内同规格的产品约为240元/克。由于价格昂贵且矿产稀少、提炼当度高，铂经常被用来作为氢燃料电池汽车无法产业化的反面理由。

铂金一年价格曲线与10年价格曲线

经过性能、技术、成本等几个方面考量，氢云链认为，尽管铂同钴类似，容易被市场炒作引发价格波动，但短期内不会显著增加电堆成本，市场无需过度担忧。

由于质子交换膜的化学反应环境，催化剂应该具备以下条件，如下表。

根据催化剂性能火山图，挑选催化剂应兼顾性能与成本。由于良好的抗酸性（金属中仅铂、金等能适应酸性环境），加上超过其他金属的优秀催化性能，铂（Pt）成为催化剂首选材料。

氧还原反应（ORR）金属催化性能火山图

缺点是铂的价格昂贵且容易一氧化碳中毒。无铂催化剂一直是科研人员的研发方向。受限于基础理论没有突破，无铂催化剂还处于概念阶段，中短期内，铂与铂基的催化剂依然是第一选择。

技术上已经接近产业化程度

20世纪60年代GE研制的PEMFC催化剂为铂黑，用量高达10mg/cm2，80年代中期PEMFC上Pt负载量降低至4mg/cm2，90年代加拿大Ballard通过改进膜电极结构和制备工艺取得了突破性进展，成功将电催化剂中Pt负载量降至/kol/90298

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