一、突破燃料电池“卡脖子”技术瓶颈，催化剂是关键

与光伏、风电、锂电等传统新能源行业类似，氢能的起步也极大依赖政府政策驱动，全球主要发达国家都已颁布氢能国家战略或顶层规划。截至2022年底，包括美国、德国、日本在内的共41个国家和地区制定发布了国家级氢能发展战略。

2022年3月，我国也出台了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，明确氢能源在国家能源结构转型中的重要地位，并提出到2025年，全国燃料电池车辆保有量要达到5万辆。

图表1：2020-2035年中国氢燃料电池汽车发展规划及目标

资料来源：国家能源局、韦伯咨询

作为氢能应用的先导领域，氢燃料电池汽车在全球受到高度重视，我国也已在氢燃料电池汽车的应用推广领域不断取得新进展，并初步掌握了关键零部件等核心技术。当前，氢燃料电池领域“卡脖子”的关键技术之一是催化剂。

图表2：氢燃料电池汽车产业链各环节梳理

资料来源：Wind、韦伯咨询

催化剂是燃料电池电堆的核心部分，是氢燃料电池反应的关键所在，主要由碳载体和铂（Pt/C）或铂合金（Pt合金/C）组成，其中碳载体主要是纳米颗粒碳、碳纳米管、碳须等。催化剂对燃料电池起到提高反应速率，降低反应对体系环境的要求等作用。

图表3：燃料电池电堆的构成图示

资料来源：Wind、韦伯咨询

目前，氢燃料电池的催化剂主要分为三个大类：铂(Pt)催化剂，低铂催化剂和非铂催化剂。其中：低铂催化剂分为核壳类催化剂与纳米结构催化剂，非铂催化剂分为钯基催化剂、非贵金属催化剂与非金属催化剂。

图表4：氢燃料电池催化剂的分类

资料来源：Wind、韦伯咨询

铂金催化剂是组成膜电极的重要材料，当燃料电池大规模推广应用时，铂金催化剂成本预计占电堆成本的40%以上，因此开发低铂高性能的膜电极是发展燃料电池技术的一个根本任务。

图表5：氢燃料电池电堆成本结构分析

资料来源：Wind、韦伯咨询

燃料电池的性能正比于铂的载量和单位铂载量的性能，而单位铂载量的性能取决于铂的电化学活性比表面积（铂原子的利用率）、表面铂原子的催化活性和在燃料电池中氧气的传输效率。所以相同铂载量的膜电极，其发电性能可以差异很大。

根据庄信万丰的测算，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）。

因此，低铂和非铂催化剂的开发成为降低燃料电池成本的关键。

更多关于氢燃料电池催化剂行业的全面数据和深度研究，请关注韦伯咨询官网或公众号，或者点击查看韦伯咨询独家发布的《2024年中国氢燃料电池催化剂行业专题调研与深度分析报告》。