燃料电池催化剂发展，质子交换膜国内生产能力情况

山东东岳集团质子交换膜性能出色，建成了年产50t 的全氟磺酸树脂生产装置（可满足 2.5 万辆燃料电池汽车的离子膜所需）、年产 10 万平米的氯碱离子膜工程装置和燃料电池质子交换膜连续化实验装置，产品的性能达到商品化水平。目前，东岳 DF260 膜厚度可做到 15μm，在 OCV 情况下耐久性大于 600 小时。

1、我国已具备质子交换膜国产化能力

武汉理工新能源拥有成熟的膜电极生产技术，目前具备超百万片膜电极的膜材配套能力。

图：东岳国产膜与进口燃料电池膜性能比较

资料来源：公开资料整理

2、膜电极催化剂：Pt/C 催化剂为主流，降成本是关键

催化剂是燃料电池的重要组成材料之一，决定氢燃料电池的放电性能及寿命。催化剂处于气体扩散层和质子交换膜之间，主要作用是当 H2 通过气体扩散层到达催化剂层，促进其发生氧化反应：2 → 2+ + 2−，放出的 H^+通过质子交换膜转移到氧气端，在催化剂作用下，发生还原反应1/22 + 2+ + 2− → 2。总体来说，催化剂的存在加快了燃料电池反应的速率，从而增强了电子的转移能力，最终决定了氢燃料电池的放电功率和寿命。

催化剂工作原理

Pt/C 型催化剂具有较高的催化活性，同时具有优良的综合特性，是重要的催化剂材料。PEMFC 工作温度不足 100 度，对于催化剂来说，应该具备以下特点：1）催化活性高；2）比表面积高；3）导电性好；4）稳定性好；5）恰当的载体。为了达到以上目标，现在最常用的做法是将铂金属制备成纳米级别的颗粒，均匀地负载到合适的碳载体上，也就是Pt/C 型催化剂。

资料来源：公开资料整理

图:铂金属催化性活性优异

资料来源：公开资料整理

图 :一种 Pt/C 型催化剂材料结构

资料来源：公开资料整理

3、催化剂是导致燃料电池生产成本高的主要原因

目前，已商业化的各类燃料电池中 80%以上采用铂作为催化剂。但是铂的储量少、价格昂贵，是导致燃料电池生产成本较高的主要原因，催化剂的成本占到燃料电池电堆成本的 40%以上。

未来催化剂发展趋势是减少铂的使用量以降低生产成本，并且寻找铂催化剂的替代品。由于铂催化剂受成本和资源的限制，用量已经从十年前的 0.8-1.0gPt·kW-1 降低到当前的0.3-0.5 gPt·kW-1。美国能源局（DOE）发布的目标，到 2020 年，铂用量应降至 0.125g/kw以下，长期目标是催化剂用量小于 0.05g/kw。因此，如何在保证高活性和稳定性的情况下，降低催化剂中的铂含量，甚至实现无铂或其他贵金属的使用，成为国内外科学家所要攻克的难题之一。