氫能與燃料電池催化劑

上游：? ??

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制氫：化學(xué)制氫（煤制氫、天然氣）、工業(yè)副產(chǎn)（焦爐煤氣、氯堿副產(chǎn)）、電解水制氫(未來主流，目前在生產(chǎn)運行成本與設(shè)備投資成本上均較為昂貴。以目前的電解水平，當可再生能源電價降至0.2元/kWh時，電解水制氫成本將接近于化石原來制氫成本)。

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上市公司如寶豐能源：投資14億全球最大光伏制氫，以及新建2萬Nm3/h堿性電解槽電解水制氫1.6億Nm3/年，美錦能源（焦爐煤制氫）。

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其中制氫設(shè)備方面，電解槽是制備綠氫的關(guān)鍵設(shè)備。電解槽技術(shù)路線、性能、成本是影響綠氫市場走勢的重要因素，目前質(zhì)子交換膜（PEM）電解水和堿性電解水技術(shù)目前已經(jīng)商業(yè)化推廣的條件，未來具備較強的商業(yè)價值，根據(jù)預(yù)測后者更具有較大市場空間。

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堿性電解槽成本較低，經(jīng)濟性較好，我國堿性電解水制氫代表企業(yè)有中船重工718所、考克利爾競立、天津市大陸制氫設(shè)備有限公司等，近期陽光電源、協(xié)鑫集團等光伏企業(yè)也紛紛布局堿性電解水制氫設(shè)備項目。

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隨著可再生能源制氫項目的增多，PEM電解水制氫進展迅速，國內(nèi)聚焦PEM制氫設(shè)備的公司及科研機構(gòu)主要有中國船舶718所、中科院大化所、山東賽克賽斯、高成綠能、淳華氫能、深圳綠航等。

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圖1：PEM電解水制氫（來源《PEM:最具潛力的電解水制氫技術(shù)》）

中游：氫儲運、氫加注

氣體儲氫瓶（短距離小規(guī)模、管道長距離大規(guī)模,高壓氣態(tài)成font熟）、液態(tài)儲氫(距離遠、運輸大），固態(tài)儲氫(化學(xué)、物理吸附，技術(shù)復(fù)雜)，液氫關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備（國產(chǎn)化）、加氫站建設(shè)運營。

加氫站：一座35MP、日加氫500kg的固定式加氫站的平均投資在1500萬元左右。

圖2：中石化加氫站

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上市公司如：雪人股份（加氫站及設(shè)備）、厚普股份（加氫站批量交付）及京城股份（車載儲氫瓶）

下游：燃料電池動力系統(tǒng)

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燃料電池電堆成本占據(jù)燃料電池系統(tǒng)成本60%以上，因此降低電堆成本是燃料電池汽車商業(yè)化的關(guān)鍵。經(jīng)過估算，燃料電池電堆主要由催化劑（36%）、質(zhì)子交換膜（16%）、氣體擴散層（12%）、雙極板（23%），以及其他結(jié)構(gòu)件如密封件、端板和集流板等組成。

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圖3：電堆構(gòu)成

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膜電極關(guān)鍵材料—質(zhì)子交換膜：國外膜電極供應(yīng)商及豐田、本田等乘用車企業(yè)都已具備膜電極批量自動化生產(chǎn)線，單線年產(chǎn)能在數(shù)千平方米到萬平方米級。國內(nèi)質(zhì)子交換膜主要企業(yè)包括鴻基創(chuàng)能、捷氫科技(燃料電池電堆及系統(tǒng)龍頭公司)等。

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膜電極關(guān)鍵材料—催化劑：在燃料電池中，催化劑起到分解氫氣和氧氣進行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流的作用。目前商用催化劑為鉑碳催化劑，鉑是昂貴的稀有金屬，因此低鉑和非鉑催化劑的開發(fā)成為降低燃料電池成本的關(guān)鍵。催化劑相關(guān)企業(yè)主要有貴研鉑業(yè)、中自科技。

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膜電極關(guān)鍵材料—氣體擴散層：氣體擴散層（GDL）由碳紙和防水劑聚四氟乙烯材料構(gòu)成，起到支撐膜電極、收集電流、傳導(dǎo)氣體、管控反應(yīng)水（氣）及熱等重要作用。國外有日本東麗（Toray）及三菱（Mitsubishi）、德國西格里（SGL）和科德寶（Feudenberg）、美國AvCarb，韓國JNTG等，都已實現(xiàn)氣體擴散 層的規(guī)模化生產(chǎn)，且都有多款適應(yīng)不同應(yīng)用場景的產(chǎn)品銷售。國內(nèi)知名的氣體擴散層企業(yè)主要有臺灣碳能、通用氫能、江蘇氫電、江蘇清能、上海河森電氣等。

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空氣循環(huán)系統(tǒng)—空壓機：相對于其它輔助系統(tǒng)產(chǎn)品，空壓機目前國產(chǎn)化率已接近100%。國內(nèi)外空壓機企業(yè)主要有雪人股份、金通靈、金士頓科技等。

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氫氣供給系統(tǒng)：2020年我國氫循環(huán)系統(tǒng)市場逐步實現(xiàn)國產(chǎn)替代，但出貨量減少和氫循環(huán)泵價格下降，導(dǎo)致2020年國內(nèi)氫循環(huán)系統(tǒng)市場規(guī)模預(yù)計為0.41億元，同比下降63%。氫氣循環(huán)泵企業(yè)主要有東德實業(yè)、艾爾科技、雪人股份（核心零部件空壓機、氫氣循環(huán)泵，液氫、加氫設(shè)備技術(shù)）等。

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車載儲氫瓶：高壓氣態(tài)儲氫容器要求具有高安全性、輕量化和高儲氫密度。從35MPa向70MPa、從Ⅲ型瓶向Ⅳ型瓶、從常溫向低溫和從小容積向大容積，是未來車載儲氫系統(tǒng)的發(fā)展方向。中材科技（1-2萬只35Mpa高壓儲氫瓶）、中集安瑞科、 京城股份、亞普股份（35MPa車載儲氫、70MPa小容積車載儲氫）、科泰克都在布局IV型瓶項目。

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圖4：中材科技車載儲氫瓶

（一）氫燃料電池電催化劑——電堆的核心部件

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氫燃料電池電堆是氫燃料電池汽車發(fā)動機的核心部件，氫燃料電池電催化劑則是電堆的核心部件，主要由碳載體和鉑或鉑合金組成，起到催化電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的作用。在燃料電池堆中除了雙極板已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，膜電極（MEA）中的碳紙（氣體擴散層）、催化劑和質(zhì)子交換膜基本依賴進口。

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燃料電池催化劑的種類主要有鉑基催化劑、低鉑催化劑與非鉑催化劑三類。

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圖5：金屬鉑

圖6：貴研鉑業(yè)金屬鉑

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凱立新材：

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專利顯示公司在氫能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了技術(shù)再突破，公司有能力開發(fā)一種保證活性的同時性能更穩(wěn)定的質(zhì)子交換膜燃料電池用催化劑。

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圖7:凱立新材鉑系列催化劑

22年5月公司表示，氫燃料電池用催化劑尚處于中試放大，部分型號可批量試產(chǎn)階段，尚未進入市場推廣階段。

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中自科技：

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1.公司介紹

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中自環(huán)保創(chuàng)立于05年，12年在科創(chuàng)板上市，是一家專注于環(huán)保催化劑的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)，是我國移動污染源（機動車、非道路機械、船舶等）尾氣處理催化劑領(lǐng)域的少數(shù)主要國產(chǎn)廠商之一，并積極探索其技術(shù)在氫燃料電池電催化劑等新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

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公司主要業(yè)務(wù)天然氣、柴油車相關(guān)產(chǎn)品，其增長點在于進入國六階段，因排放限值大幅降低，單車催化劑用量大幅增長，催化劑產(chǎn)品中貴金屬的用量亦明顯增長。但業(yè)績方面，公司一季度大幅下滑，主要因為天然氣、石油價格大幅上漲，而公司天然氣車產(chǎn)品、柴油車產(chǎn)品基本配套于商用車，因此公司收入也受上述不利因素影響而大幅下降。2019-2020年，公司在天然氣車催化劑銷量分別為3.76萬套 、7.87萬套，在天然氣重卡領(lǐng)域市場占有率分別為30.55%、48.55%；公司柴油車催化劑銷量分別為14.91萬套、22.20萬套，市場占有率分別為5.11%、6.27%；公司汽油車催化劑銷量分別為1.91萬套、3.01萬套，在商用汽油車市場的占有率分別為1.52%、2.14%。

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圖8:PEMFC首席科學(xué)家-周衛(wèi)江

2.中自科技燃料電池催化劑

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公司作為氫能源燃料電池催化劑第一股，早已前瞻性布局了氫燃料電池電催化劑、膜電極，固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC/SOEC)等新能源領(lǐng)域并已成功研制出第一代鉑碳催化劑。

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中自科技曾主持或參與尾氣處理催化劑和氫燃料電池電催化劑相關(guān)的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863計劃”）；是首家進入國際氫能委員會的國內(nèi)催化劑企業(yè)，正參與國家重點研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點專項中的“高性能抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術(shù)與批量制備”（可進一步提升產(chǎn)品的活性、耐久性等性能，主要成份為鉑金、碳載體和引入的過渡金屬元素）。

? ? 根據(jù)中自催化招股說明書中對當前行業(yè)形勢作出分析：氫燃料電池電堆是氫燃料電池汽車發(fā)動機的核心部件，氫燃料電池電催化劑則是電堆的核心部件，主要由碳載體和鉑或鉑合金組成，起到催化電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的作用。根據(jù)美國能源部測算，當氫燃料電池電堆年出貨量50萬臺時，電催化劑成本將占電堆生產(chǎn)成本的 41%，顯著高于電堆的其他部件。目前我國氫燃料電池電催化劑主要依賴進口，莊信萬豐和日本田中貴金屬等外國環(huán)保催化劑廠商的技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)勢顯著。

3.公司動態(tài)

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（1）21年6月，中自催化去年募資6400萬用于燃料電池關(guān)鍵材料研發(fā)

公司投入氫能源燃料電池關(guān)鍵材料的研發(fā)能力建設(shè)，主要投入氫燃料電池電催化劑、膜電極、集成系統(tǒng)的小試制備工藝的開發(fā)，并擬升級改造公司現(xiàn)有廠房作為小試潔凈車間，另擬使用新建研發(fā)樓的局部區(qū)域作為研發(fā)場所，本項目投資總額為6,400.47萬元。本項目通過引進先進研發(fā)、檢測設(shè)備、構(gòu)建先進實驗環(huán)境，提升公司在氫燃料電池電催化劑及膜電極組件的整體研發(fā)能力，拓展公司的產(chǎn)品種類，進一步鞏固并擴大公司在環(huán)保催化劑領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)地位，推動公司產(chǎn)品技術(shù)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，加快科研成果與產(chǎn)業(yè)的深度融合。

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募集資金運用與公司主營業(yè)務(wù)、核心技術(shù)之間的關(guān)系本項目將以公司現(xiàn)有貴金屬高分散、高穩(wěn)定技術(shù)等核心技術(shù)為基礎(chǔ)，以燃料電池用電催化劑的開發(fā)、燃料電池用膜電極組件的開發(fā)、電解水制氫用催化劑的開發(fā)等為研發(fā)方向，最終亦將服務(wù)應(yīng)用于氫燃料電池機動車行業(yè)。綜上所述，該項目系公司基于目前主營業(yè)務(wù)與核心技術(shù)的延伸和擴展。本項目總投資 6,400.47萬元，全部為建設(shè)投資資金，無鋪底流動資金，無建設(shè)期利息。

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（2）今年7月?lián)襟w報道，中自科技燃料電池催化劑生產(chǎn)線近日驗收，該生產(chǎn)線的建成標志著公司正式具備燃料電池催化劑連續(xù)工業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)能力。

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同時，對公司參與的“十三五”國家重點研發(fā)計劃“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術(shù)與批量制備”中合金催化劑批量生產(chǎn)能力的實現(xiàn)，具有較好的實踐意義。公司前期已完成百克級的產(chǎn)品工藝優(yōu)化及定型，可實現(xiàn)鉑碳電催化劑公斤級放大生產(chǎn)，同時公司將完成固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)單電池中試生產(chǎn)線的建設(shè)，后續(xù)公司將根據(jù)客戶反饋意見，通過工藝優(yōu)化、材料改良等措施，進一步縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)能，降低催化劑成本，提高電催化劑耐久性。

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（3）調(diào)研紀要（7月）：公司目前在氫燃料電池電催化劑和固態(tài)氧化物燃料電池方面的研發(fā)進展和目前技術(shù)水平如何？

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答：氫燃料電池電催化劑：目前鉑碳催化劑產(chǎn)品相關(guān)的批量化生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)全部進場，即將完成調(diào)試，待調(diào)試完成后將形成公斤級批量生產(chǎn)能力。公司已完成向多個國內(nèi)外主流氫燃料電池生產(chǎn)商進行送樣，并在耐久測試中表現(xiàn)出了較好的性能與競爭力，得到了相關(guān)下游廠商的初步認可。另外公司承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術(shù)與批量制備”的子課題“催化劑工業(yè)化量產(chǎn)”目前正按計劃推進，在合金催化劑技術(shù)方案論證及工藝參數(shù)優(yōu)化方面滿足項目設(shè)計目標；固態(tài)氧化物燃料電池：目前進行到10cm×10cm的單電池制備優(yōu)化階段，預(yù)計2022年底將完成固態(tài)氧化物燃料電池單電池中試生產(chǎn)線的建設(shè)，并形成千瓦級電堆組裝技術(shù)。

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（4）產(chǎn)品SEC系列催化劑

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中自環(huán)保承擔(dān)“十三五”“可再生能源與氫能技術(shù)”國家重點研發(fā)計劃項目。自2020年11月起，中自環(huán)保承擔(dān)為期3年的國家重點研發(fā)計劃——“高性能/抗中毒車用燃料電池催化劑的合成技術(shù)與批量制備”。其中，中自環(huán)保承擔(dān)課題四“催化劑工業(yè)化量產(chǎn)和工況驗證的研發(fā)和組織管理工作”，其課題考核指標如下：

A：實現(xiàn)催化劑單批次產(chǎn)量兩公斤級；產(chǎn)能達到≥2000g/批次和≥200kg/年生產(chǎn)線；

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B:催化劑性能完全達到終期指標：

• 初始ORR的MA≥0.4A/mgPt@0.9VIR-free，ECSA≥ 60m2/g；
• 耐久性①0.6V~0.95V≥ 3萬次循環(huán)MA衰減率≤40%、ECSA衰減率≤40%，
• 耐久性②1.0V~1.5V≥ 5000次循環(huán)MA衰減率≤40%、ECSA衰減率≤40%；
• 抗中毒能力：

a.CO導(dǎo)致的量產(chǎn)催化劑質(zhì)量活性衰減≤30%（0.1M HClO4 1000 ppm CO/H2）；b.硫化物導(dǎo)致的量產(chǎn)催化劑活性面積衰減 ≤ 30%（0.36 ppm H2S，24h）；粒徑及性能偏差≤ ±8%，Cl-?含量小于50 ppm wt，F(xiàn)e含量小于50 ppm wt。

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目前該項目合金催化劑產(chǎn)能：根據(jù)7月調(diào)研在小批量產(chǎn)方面已經(jīng)完成 1g→10g/批次→100g/批次優(yōu)化放大，且放大前后催化劑的物性結(jié)構(gòu)保持一致，催化活性無明顯降低，批次內(nèi)和批次間的一致性較穩(wěn)定，預(yù)計中試設(shè)備的設(shè)計產(chǎn)能可以達到≥200g/批次、≥50kg/年。公司目標將在2022年形成百克級中試生產(chǎn)能力，2023年形成公斤級的批量生產(chǎn)能力。

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SEC系列催化劑是中自氫能自主開發(fā)的產(chǎn)品，包括第一代SEC100鉑炭催化劑和第二代SEC200具有核殼結(jié)構(gòu)的低鉑催化劑。SEC系列催化劑的合成過程有嚴密精確的控制，金屬粒子在炭載體上均勻分布，貴金屬含量公差≤士1%。

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關(guān)于鉑碳催化劑，采用石墨化程度較高的碳載體材料，既可以保障鉑基納米粒子的分散度，又能在一定程度上提高提升催化劑的耐久性。

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當前產(chǎn)能：公司鉑碳電催化劑生產(chǎn)線已于7月初建成并通過驗收，已具備1.5kg/批次，500kg/年的產(chǎn)能，目前正開展驗證優(yōu)化工作。

（5）產(chǎn)品進展

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根據(jù)公司反應(yīng)，公司的燃料電池催化劑正處于產(chǎn)品送樣、驗證評測階段。目前公司在根據(jù)客戶反饋意見，通過工藝優(yōu)化、材料改良等措施，降低催化劑成本，提高電催化劑耐久性，進一步縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)能。

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公司當前已完成向多個國內(nèi)外主流氫燃料電池生產(chǎn)商進行送樣，并在耐久測試中表現(xiàn)出了較好的性能與競爭力，得到了相關(guān)下游廠商的初步認可。目前正開展驗證評測，待驗證評測通過之后才開展裝車。

（6）最新商業(yè)應(yīng)用

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7月28日根據(jù)投資者互動平臺得知，公司獲得獨家長安深藍增程版動力車型催化劑獨家定點供應(yīng)商。

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以下為全部內(nèi)容：關(guān)于長安深藍SL03的催化劑總成獨家定點的信息，公司在2022年第一季度報告中披露信息如下“公司控股子公司成都中自光明催化科技有限公司于近日收到重慶長安汽車股份有限公司通過專用系統(tǒng)發(fā)來的通知，中自光明通過競標成功獲得重慶長安部分車型的催化劑產(chǎn)品定點通知函，包括C385-EVE、P201MCA1汽油項目、MDS201-ICA1、F202MCA車型1.5T國六RDE等重點項目?！盋385為長安汽車新能源品牌“深藍”的首款車型，后正式定名為SL03，是一款支持多種補能形式的中型轎車。新車基于長安深藍EPA1電驅(qū)動專用平臺打造，將提供純電版、增程版和氫燃料電池版三種動力車型。公司獲得的是其增程版的催化劑獨家定點，目前已獲得公告并實現(xiàn)小批量供貨。目前也正在配套測試理想汽車的增程式車型。

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圖11:長安汽車深藍C385

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龍蟠科技

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2019年起，龍蟠陸續(xù)與中科院大連化物所、合肥工業(yè)大學(xué)、安徽明天氫能等開展合作，推動燃料電池產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)。2020年，龍蟠科技旗下專注于氫能及燃料電池領(lǐng)域的子公司龍蟠氫能源成立。

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龍蟠氫能源自研燃料電池部件，助力國產(chǎn)自主可控和規(guī)模化提速過程。近年來，我國燃料電池系統(tǒng)國產(chǎn)化率上升至70%，系統(tǒng)集成、雙極板技術(shù)、電堆、膜電極等核心部件自主可控率大幅提升。龍蟠氫能源研發(fā)的燃料電池催化劑、儲氫瓶、去離子器等產(chǎn)品作為產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)，將推動燃料電池國產(chǎn)化率進一步提升。

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燃料電池催化劑，包括鉑催化劑、低鉑催化劑Pt/C、PtNi/C、PtCo/C等，具有活性組分粒徑小、分布均勻，電化學(xué)活性高、壽命長、產(chǎn)品一致性高等優(yōu)勢特征?？蓮V泛應(yīng)用于各類氫燃料電池陽極和陰極，并可為客戶特殊定制不同鉑載量的催化劑。

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圖12:龍蟠科技燃料電池催化劑產(chǎn)品

（一）氫能源被稱為終極能源，國內(nèi)氫能源應(yīng)用還屬于早期階段。

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（二）在產(chǎn)業(yè)鏈中，需要攻克的關(guān)鍵點在于燃料電池動力系統(tǒng)，其中氫燃料電池電堆是氫燃料電池汽車發(fā)動機的核心部件，燃料電池電堆主要由催化劑（36%）、質(zhì)子交換膜（16%）、氣體擴散層（12%）、雙極板（23%）構(gòu)成，從以上構(gòu)成我們可以看出氫燃料電池電催化劑又是電堆的核心部分。

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（三）根據(jù)價值量，重點關(guān)注的燃料電池催化劑相關(guān)企業(yè)為中自科技、貴研鉑業(yè)、凱立新材。當前國內(nèi)催化劑主要依賴進口，尚未實現(xiàn)可規(guī)?；a(chǎn)、性能優(yōu)異且穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

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（四）中自科技與凱立新材，前者生產(chǎn)線已建成并通過驗收，后者處于生產(chǎn)線調(diào)試階段，但均尚未進入市場推廣。貴研鉑業(yè)是國內(nèi)金屬鉑主要生產(chǎn)商，是催化劑中的貴金屬鉑主要供應(yīng)商，無論是鉑系還是低鉑催化劑都需要用到該金屬，因此稱為底層受益較明確的公司。另外高性能、低貴金屬用量的燃料電池電催化劑是當前我國氫能燃料電池汽車需重點攻克的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)，根據(jù)產(chǎn)品來看中自科技當前擁有低鉑類催化劑產(chǎn)品較為突出，進度上也較快，有望率先受益。