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?fàn)t煤氣、氯堿副產(chǎn)）、電解水制氫(未來(lái)主流，目前在生產(chǎn)運(yùn)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(dāng)可再生能源電價(jià)降至0.2元/kWh時(shí)，電解水制氫成本將接近于化石原來(lái)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(wàn)Nm3/h堿性電解槽電解水制氫1.6億Nm3/年，美錦能源（焦?fàn)t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(chǎng)走勢(shì)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(lái)具備較強(qiáng)的商業(yè)價(jià)值，根據(jù)預(yù)測(cè)后者更具有較大市場(chǎng)空間。

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

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隨著可再生能源制氫項(xiàng)目的增多，PEM電解水制氫進(jìn)展迅速，國(guó)內(nèi)聚焦PEM制氫設(shè)備的公司及科研機(jī)構(gòu)主要有中國(guó)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(lái)源《PEM:最具潛力的電解水制氫技術(shù)》）

中游：氫儲(chǔ)運(yùn)、氫加注

氣體儲(chǔ)氫瓶（短距離小規(guī)模、管道長(zhǎng)距離大規(guī)模,高壓氣態(tài)成font熟）、液態(tài)儲(chǔ)氫(距離遠(yuǎn)、運(yùn)輸大），固態(tài)儲(chǔ)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(guó)產(chǎn)化）、加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)。

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(wàn)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(chǔ)氫瓶）

下游：燃料電池動(dòng)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(guò)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(kuò)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(guó)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(dòng)化生產(chǎn)線，單線年產(chǎn)能在數(shù)千平方米到萬(wàn)平方米級(jí)。國(guó)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(jìn)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(kāi)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—?dú)怏w擴(kuò)散層：氣體擴(kuò)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(guó)外有日本東麗（Toray）及三菱（Mitsubishi）、德國(guó)西格里（SGL）和科德寶（Feudenberg）、美國(guó)AvCarb，韓國(guó)JNTG等，都已實(shí)現(xiàn)氣體擴(kuò)散 層的規(guī)?；a(chǎn)，且都有多款適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)品銷售。國(guó)內(nèi)知名的氣體擴(kuò)散層企業(yè)主要有臺(tái)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(jī)：相對(duì)于其它輔助系統(tǒng)產(chǎn)品，空壓機(jī)目前國(guó)產(chǎn)化率已接近100%。國(guó)內(nèi)外空壓機(jī)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(guó)氫循環(huán)系統(tǒng)市場(chǎng)逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，但出貨量減少和氫循環(huán)泵價(jià)格下降，導(dǎo)致2020年國(guó)內(nèi)氫循環(huán)系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)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(shí)業(yè)、艾爾科技、雪人股份（核心零部件空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵，液氫、加氫設(shè)備技術(shù)）等。

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車載儲(chǔ)氫瓶：高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫容器要求具有高安全性、輕量化和高儲(chǔ)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(lái)車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的發(fā)展方向。中材科技（1-2萬(wàn)只35Mpa高壓儲(chǔ)氫瓶）、中集安瑞科、 京城股份、亞普股份（35MPa車載儲(chǔ)氫、70MPa小容積車載儲(chǔ)氫）、科泰克都在布局IV型瓶項(xiàng)目。

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圖4：中材科技車載儲(chǔ)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(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，膜電極（MEA）中的碳紙（氣體擴(kuò)散層）、催化劑和質(zhì)子交換膜基本依賴進(jìn)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(kāi)發(fā)一種保證活性的同時(shí)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(hào)可批量試產(chǎn)階段，尚未進(jìn)入市場(chǎng)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(guó)移動(dòng)污染源（機(jī)動(dòng)車、非道路機(jī)械、船舶等）尾氣處理催化劑領(lǐng)域的少數(shù)主要國(guó)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(zhǎng)點(diǎn)在于進(jìn)入國(guó)六階段，因排放限值大幅降低，單車催化劑用量大幅增長(zhǎng)，催化劑產(chǎn)品中貴金屬的用量亦明顯增長(zhǎng)。但業(yè)績(jī)方面，公司一季度大幅下滑，主要因?yàn)樘烊粴?、石油價(jià)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(wàn)套 、7.87萬(wàn)套，在天然氣重卡領(lǐng)域市場(chǎng)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(wàn)套、22.20萬(wàn)套，市場(chǎng)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(wàn)套、3.01萬(wàn)套，在商用汽油車市場(chǎng)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(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863計(jì)劃”）；是首家進(jìn)入國(guó)際氫能委員會(huì)的國(guó)內(nèi)催化劑企業(yè)，正參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)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(jìn)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(guò)渡金屬元素）。

? ? 根據(jù)中自催化招股說(shuō)明書(shū)中對(duì)當(dāng)前行業(yè)形勢(shì)作出分析：氫燃料電池電堆是氫燃料電池汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)能源部測(cè)算，當(dāng)氫燃料電池電堆年出貨量50萬(wàn)臺(tái)時(shí)，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(guó)氫燃料電池電催化劑主要依賴進(jìn)口，莊信萬(wàn)豐和日本田中貴金屬等外國(guó)環(huán)保催化劑廠商的技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)顯著。

3.公司動(dòng)態(tài)

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（1）21年6月，中自催化去年募資6400萬(wàn)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(kāi)發(fā)，并擬升級(jí)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(chǎng)所，本項(xiàng)目投資總額為6,400.47萬(wàn)元。本項(xiàng)目通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)研發(fā)、檢測(cè)設(shè)備、構(gòu)建先進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步鞏固并擴(kuò)大公司在環(huán)保催化劑領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)地位，推動(dòng)公司產(chǎn)品技術(shù)實(shí)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(yùn)用與公司主營(yíng)業(yè)務(wù)、核心技術(shù)之間的關(guān)系本項(xiàng)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(kāi)發(fā)、燃料電池用膜電極組件的開(kāi)發(fā)、電解水制氫用催化劑的開(kāi)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(jī)動(dòng)車行業(yè)。綜上所述，該項(xiàng)目系公司基于目前主營(yíng)業(yè)務(wù)與核心技術(shù)的延伸和擴(kuò)展。本項(xiàng)目總投資 6,400.47萬(wàn)元，全部為建設(shè)投資資金，無(wú)鋪底流動(dòng)資金，無(wú)建設(shè)期利息。

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（2）今年7月?lián)襟w報(bào)道，中自科技燃料電池催化劑生產(chǎn)線近日驗(yàn)收，該生產(chǎn)線的建成標(biāo)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(shí)，對(duì)公司參與的“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(shí)現(xiàn)，具有較好的實(shí)踐意義。公司前期已完成百克級(jí)的產(chǎn)品工藝優(yōu)化及定型，可實(shí)現(xiàn)鉑碳電催化劑公斤級(jí)放大生產(chǎn)，同時(shí)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(jiàn)，通過(guò)工藝優(yōu)化、材料改良等措施，進(jìn)一步縮短生產(chǎn)時(shí)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(jì)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(jìn)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(jìn)場(chǎng)，即將完成調(diào)試，待調(diào)試完成后將形成公斤級(jí)批量生產(chǎn)能力。公司已完成向多個(gè)國(guó)內(nèi)外主流氫燃料電池生產(chǎn)商進(jìn)行送樣，并在耐久測(cè)試中表現(xiàn)出了較好的性能與競(jìng)爭(zhēng)力，得到了相關(guān)下游廠商的初步認(rèn)可。另外公司承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(jì)劃推進(jìn)，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(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)；固態(tài)氧化物燃料電池：目前進(jìn)行到10cm×10cm的單電池制備優(yōu)化階段，預(yù)計(jì)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(jí)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。自2020年11月起，中自環(huán)保承擔(dān)為期3年的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(yàn)證的研發(fā)和組織管理工作”，其課題考核指標(biāo)如下：

A：實(shí)現(xiàn)催化劑單批次產(chǎn)量?jī)晒锛?jí)；產(chǎn)能達(dá)到≥2000g/批次和≥200kg/年生產(chǎn)線；

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B:催化劑性能完全達(dá)到終期指標(biāo)：

• 初始ORR的MA≥0.4A/mgPt@0.9VIR-free，ECSA≥ 60m2/g；
• 耐久性①0.6V~0.95V≥ 3萬(wàn)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(xiàng)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(wú)明顯降低，批次內(nèi)和批次間的一致性較穩(wěn)定，預(yù)計(jì)中試設(shè)備的設(shè)計(jì)產(chǎn)能可以達(dá)到≥200g/批次、≥50kg/年。公司目標(biāo)將在2022年形成百克級(jí)中試生產(chǎn)能力，2023年形成公斤級(jí)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(kāi)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(guò)程有嚴(yán)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(dāng)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(guò)驗(yàn)收，已具備1.5kg/批次，500kg/年的產(chǎn)能，目前正開(kāi)展驗(yàn)證優(yōu)化工作。

（5）產(chǎn)品進(jìn)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(yàn)證評(píng)測(cè)階段。目前公司在根據(jù)客戶反饋意見(jiàn)，通過(guò)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(jìn)一步縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高產(chǎn)能。

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公司當(dāng)前已完成向多個(gè)國(guó)內(nèi)外主流氫燃料電池生產(chǎn)商進(jìn)行送樣，并在耐久測(cè)試中表現(xiàn)出了較好的性能與競(jìng)爭(zhēng)力，得到了相關(guān)下游廠商的初步認(rèn)可。目前正開(kāi)展驗(yàn)證評(píng)測(cè)，待驗(yàn)證評(píng)測(cè)通過(guò)之后才開(kāi)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(dòng)平臺(tái)得知，公司獲得獨(dú)家長(zhǎng)安深藍(lán)增程版動(dòng)力車型催化劑獨(dú)家定點(diǎn)供應(yīng)商。

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以下為全部?jī)?nèi)容：關(guān)于長(zhǎng)安深藍(lán)SL03的催化劑總成獨(dú)家定點(diǎn)的信息，公司在2022年第一季度報(bào)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(zhǎng)安汽車股份有限公司通過(guò)專用系統(tǒng)發(fā)來(lái)的通知，中自光明通過(guò)競(jìng)標(biāo)成功獲得重慶長(zhǎng)安部分車型的催化劑產(chǎn)品定點(diǎn)通知函，包括C385-EVE、P201MCA1汽油項(xiàng)目、MDS201-ICA1、F202MCA車型1.5T國(guó)六RDE等重點(diǎn)項(xiàng)目?！盋385為長(zhǎng)安汽車新能源品牌“深藍(lán)”的首款車型，后正式定名為SL03，是一款支持多種補(bǔ)能形式的中型轎車。新車基于長(zhǎng)安深藍(lán)EPA1電驅(qū)動(dòng)專用平臺(tái)打造，將提供純電版、增程版和氫燃料電池版三種動(dòng)力車型。公司獲得的是其增程版的催化劑獨(dú)家定點(diǎn)，目前已獲得公告并實(shí)現(xiàn)小批量供貨。目前也正在配套測(cè)試?yán)硐肫嚨脑龀淌杰囆?/strong>。