鉑在氫燃料電池催化劑的地位中短期不可替代。鉑催化劑約佔電堆成本 10%,未來 5 年佔比上升,成本約降一半。與鈷需求集中爆發情況不同,鉑催化劑穩步上升,氫雲鏈判斷,未來鉑金價格波動對電堆成本影響不大,市場無需過度焦慮。

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2016 年起,三元電池正極材料鈷價暴漲,投機炒作對純電動汽車發展造成負面影響,燃料電池會不會出現了相似情況?鉑是燃料電池催化劑至少目前不可替代的關鍵材料,JM 的 20 wt% 的催化劑價格約 430 元 / 克,國內同規格的產品約為 240 元 / 克。由於價格昂貴且礦產稀少、提煉當度高,鉑經常被用來作為氫燃料電池汽車無法產業化的反面理由。

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鉑金一年價格曲線與 10 年價格曲線

經過性能、技術、成本等幾個方面考量,氫雲鏈認為,盡管鉑同鈷類似,容易被市場炒作引發價格波動,但短期內不會顯著增加電堆成本,市場無需過度擔憂。

鉑是最優的燃料電池催化劑

由於質子交換膜的化學反應環境,催化劑應該具備以下條件,如下表。

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催化劑的要求

根據催化劑性能火山圖,挑選催化劑應兼顧性能與成本。由於良好的抗酸性(金屬中僅鉑、金等能適應酸性環境),加上超過其他金屬的優秀催化性能,鉑(Pt)成為催化劑首選材料。

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氧還原反應(ORR)金屬催化性能火山圖

缺點是鉑的價格昂貴且容易一氧化碳中毒。無鉑催化劑一直是科研人員的研發方向。受限於基礎理論沒有突破,無鉑催化劑還處於概念階段,中短期內,鉑與鉑基的催化劑依然是第一選擇。

技術上已經接近產業化程度

20 世紀 60 年代 GE 研製的 PEMFC 催化劑為鉑黑,用量高達 10mg/cm2,80 年代中期 PEMFC 上 Pt 負載量降低至 4mg/cm2,90 年代加拿大 Ballard 通過改進膜電極結構和製備工藝取得了突破性進展,成功將電催化劑中 Pt 負載量降至 0.7-1.0mg/cm2。目前業內認為鉑用量只要小於 0.1mg/cm2 就可以達到產業化的要求,理想的 Pt 載量為每車 5g,與尾氣催化劑鉑含量接近。國外知名公司已將鉑用量降至 0.2mg/cm2,依然偏高。實驗室中用 " 離子濺射法 " 工藝已經達到了 0.02g/cm2 的水平,未來達到小於 0.1mg/cm2 的目標並非遙不可及。

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催化劑中鉑的用量

下表為國外催化劑知名企業,其中英國 JM 與日本田中貴金屬是全球鉑催化劑的巨頭,本田氫燃料電池汽車 clarity,使用了田中貴金屬的催化劑。其中,JM 的催化劑產品在中國的市場佔有率可能超過 80%。

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國際知名催化劑廠商

國內實現燃料電池鉑催化劑已經開始量產,但距離國際先進水平仍有差距。本田 Clarity 催化劑 Pt 含量降至 0.12g/kw,豐田 Mirai 燃料電池催化劑 Pt 含量達到 0.175g/kw,而我國的鉑用量大概在 0.3~0.4g/kw。

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國內外催化劑使用量水平對比

國內有多家企業、科研機構已在催化劑上探索多年,多家機構量產品已經應用。如天津大學、大連化物所、清華大學相關技術均已在企業中落地應用。

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國內部分知名燃料電池催化劑研究機構與企業

貴研鉑業是國內上市公司中唯一燃料電池催化劑標的,多年來與上汽集團合作開發催化劑,但一直沒有推出量產產品;喜馬拉雅光電與清華大學於今年 5 月研發成功了燃料電池催化劑,產量達到 1200 克 / 日;上海攀業、上海河森等均能小批量生產催化劑,有一定的應用案例,在研究機構中有一定的認可度。

中短期鉑金價格不會因為燃料電池大幅上漲

公開資料顯示,全球鉑金儲量為 1.4 萬噸,應用於珠寶、汽車、投資、工業等領域。2017 年全球鉑產量為 801.5 萬盎司(約合 227 噸),需求為 770 萬盎司。

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2017 年鉑金終端用途需求份額

車用鉑金量數年來穩定在 310 萬 -350 萬盎司間,主要用於尾氣催化。

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車用鉑金數量變化

氫燃料電池的發展對鉑價有一定的影響。若年產 500 萬輛燃料電池汽車,每車使用 30g 鉑催化劑,減去尾氣催化劑的鉑,新增 125 噸,約合 441 萬盎司的鉑金需求,增幅為 54%。根據 WPIC 的預測,若每車使用 17.5 克鉑,則僅增加 266 萬盎司的需求,對鉑價影響有限。

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WPIC 預測氫燃料汽車對鉑金需求

考慮氫燃料電池汽車市場發展速度,中短期內鉑需求增長能夠得到滿足,不考慮市場投機惡意炒作,鉑價格是不會大幅拉高燃料電池成本的。在燃料電池汽車普及時,單車鉑用量已經下降至與尾氣催化劑接近的程度,甚至無鉑催化劑也可能取得了突破性的進展。市場大可不必將鉑看做是燃料電池產業的阻礙因素。

氫雲鏈認為,目前鉑並不構成阻礙燃料電池產業發展負面因素。作為汽車第一大國,隨着市場規模經濟出現,我國鉑催化劑技術有希望縮小與國外的差距。但考慮到我國鉑儲量的不足,還是需要在無鉑催化劑領域投入足夠的研發力量,防患於未然。

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