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图:受访者提供
燃料电池汽车正在悄然兴起。
早在1992年,日本丰田汽车公司就开始研究氢燃料电池汽车,当时命名为FCHV。经过十余年的技术积累,丰田Mirai于20世纪末正式上市。
随着技术的突破,燃料电池汽车的发展速度越来越快。相关数据显示,2013年至2017年全球氢燃料电池汽车销量仅为6475辆,其中大部分为丰田Mirai系列;2018年增幅较大,累计销售5525辆;2019年,全球销量增至7500辆。
我国燃料电池汽车的发展轨迹逐渐清晰。
2018年,总理参观了丰田北海道工厂和Mirai燃料电池汽车。
国家层面对燃料电池汽车的重视程度可见一斑。然而,有一种关键材料一直制约着国内燃料电池汽车的发展。
燃料电池是燃料电池汽车的核心部件之一,燃料电池的关键材料之一是催化剂,使氧气与储氢罐中的氢气发生电化学反应,为汽车提供驱动能源。
但早前,国产催化剂主要依赖进口,交货周期长、成本高,给国内燃料电池产业链发展带来限制。
2019年,国内某企业突然宣布其催化剂产品实现量产,为国内燃料电池汽车的发展带来了更多可能。这家企业就是上海济平新能源科技有限公司(以下简称“上海济平”)。
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破解进口依赖困局
国家相关政府部门多次释放“加快氢燃料电池汽车产业发展”的信号。
中国科学院院士欧阳明高预测,到2020年,中国市场氢燃料电池汽车保有量将达到5000至10000辆;2025年,市场规模可能达到5万-10万辆。
“锂电池车和燃料电池车是互补的,城际城市之间的运输,锂电池车最好,而长途城市之间,燃料电池车可能更理想。因为加氢速度更快,所以安全性能更高。”上海济平副总裁刘金辉讲述了大国材料。
氢燃料电池汽车的市场增长无疑将带动催化剂的需求。业内专家介绍,一辆普通家用汽车需要80克左右的催化剂,而一辆营运客车需要数百克。
车辆的平均消耗量不大,但其成本比高。
燃料电池电堆包括膜电极、双极板等部件,催化剂是膜电极MEA的关键组成材料。在整个燃料电池中,催化剂成本占比最高。赛瑞研究认为,以年产1000套燃料电池计算,催化剂占总成本的26%,电池年产达到10万套或50万套时,催化剂成本将达到40%左右。
“国内燃料电池催化剂80至90的原材料依赖进口,导致成本极高,交货周期不确定。”刘金辉感慨道。
国内催化剂供应商主要包括日本田中贵金属、英国约翰逊马特、比利时美丽科等巨头。
2018年,上海济平成立。
“我们想帮助下游产业解决依赖进口的重要问题,助力燃料电池产业在中国发展。”刘金辉告诉《大国之材》。
燃料电池成本构成:1000(时/年)(中国工业信息网)
上海济平成立第二年投产,一举夺得国内催化剂市场产销量第一,占国内催化剂市场份额的80%。
“我们有在燃料电池催化剂领域深耕20多年的专业人员,可以快速找到合适的设备、合适的碳载体,然后快速进行量产。”刘金辉告诉《大国材料》。
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量产难度大门槛高
燃料电池催化剂量产有多难?
上海
吉平之所以能迅速拿下国内催化剂市场80%的份额,靠的是其量产技术。
事实上,国内对燃料电池催化剂的研究并不少,国内催化剂企业还包括中科科创、喜马拉雅、庆动科技等。但中国工程院院士衣宝廉曾公开表示,国内催化剂研究单位和企业无法获得催化剂装车运行数据。
换言之,下游客户尚未认可,商业数据积累不足。客户认证有很多门槛:耐久性、低成本、高一致性。
铂能使氢氧高效稳定地反应,能适应燃料电池中复杂的化学环境和高电流密度,因此铂多用作燃料电池催化剂。
但铂催化剂容易中毒。遇到一氧化碳、氮氧化物或硫化物后,质子无法“转化”,堆积在电堆中,反而影响电堆寿命。
业内人士表示,国内实验室对铂催化剂中毒的解决方案尚不完善,仍达不到量产要求。因此,产业链倾向于采用技术成熟的进口催化剂产品。
此外,对于催化剂企业来说,要实现更大规模的量产,需要有相应的经验和数据,而经验和数据需要用重金“砸”出来。
铂是一种重要的贵金属。主要开采铂金的南非每年仅开采100吨左右,价格不免昂贵。
刘金辉说,每一次规模化生产都意味着高投入。从100G到200G、300G,每一个环节的放大都与设备的调整有关。此外,制备环境和溶液也会发生相应的变化。
但一次失败后,给企业带来的沉没成本往往达到几十万甚至上百万。“这需要巨大的人力、物力、财力投入,所以真正能生产量产产品的企业少之又少。”
“国外研发催化剂已经有几十年的历史,在产业化方面有着丰富的经验。”刘金辉说,这是国内企业达不到的水平。
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赛日研究
在2019年的投产仪式上,上海济平宣布一期催化剂年产量可达1500公斤。
“国内很多企业的日产量仅在100克至200克之间,而且往往是批量供货。但对于客户来说,相比一次性采购1公斤、分5批采购200克,前者的成本、时间和一致性无疑更有优势。”刘金辉说。
2020年7月,上海济平与广东省佛山市南海区人民政府正式签约设厂。项目达产后,预计年产2吨催化剂可配套2万套电堆。
占领了技术制高点,上海济平棋局进一步扩大。
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新企业的市场棋局
尽快实现燃料电池催化剂进口替代,下游呼声无疑高涨。毕竟,他们苦于大店霸凌的现象,这种现象往往发生在过度依赖进口产品的时候。
刘金辉回忆,有客户购买进口催化剂,最后发现氯含量超标,对催化剂性能造成严重影响。“一下子几百万在手,进口商却推卸责任。”
据了解,本地化货源形成后,交货期将比进口缩短,形成相对稳定的货源关系。
然而,面对这家刚成立2年的本土企业,下游客户难免对其产品的可靠性产生担忧。
“客户信任是有过程的。”成立之初,刘金辉带着产品去找客户,却碰了一鼻子灰。客户明确表示没有考虑国内生产,对这家新成立企业的技术有疑虑。“我听到最多的就是目前不用国产催化剂,有了大厂背书,我们再用也不晚。”
对此,上海济平的策略是抓住下游龙头进行推广,通过龙头企业背书,进一步向其他潜在客户推广。“效果非常明显,被进口产品折磨过的客户都想先试试看,再从少量试用开始。”
作为本土企业,上海济平还为客户增加了贴心的增值服务。如果有新访客
家家户户想做膜电极,却不知道催化剂的浆液制备。上海济平通过分享催化剂浆料制备等相关经验,帮助他们提升膜电极性能。
上海济平也在思考如何进一步降低催化剂成本。
一是根据客户的工艺和需求降低铂负荷。上海济平铂合金催化剂产品的活性是铂碳催化剂的两倍,这意味着使用http://www.zhucesz.com/的铂合金催化剂产品与使用http://www.zhucesz.com/的常规铂碳催化剂具有相同的效果。