国内研制出新型催化剂,有望助推氢燃料电池成本降低

2021-10-22 21:09:30 上海证券报

在10月22日发表于《科学》的一项研究中,中国科学技术大学教授梁海伟团队与北京航空航天大学教授水江澜团队合作,通过高温“硫固体胶”的合成方法,成功研发出一系列高性能铂基氢燃料电池催化剂,这对降低氢燃料电池成本、推动其大规模产业化具有重要意义。

正与企业合作推进后续开发

氢燃料电池的工作原理是氢气和氧气分别在电池的阳极和阴极发生化学反应,从而将化学能转变成电能,过程中需大量使用铂基催化剂。铂又名白金,是一种贵金属,使得氢燃料电池的造价非常昂贵。发展高活性催化剂、减少铂使用量,是氢燃料电池大规模产业化的关键性问题。

梁海伟教授联合团队通过高温“硫固体胶”合成法,利用硫原子与铂原子之间强烈的相互作用,如固体胶般将铂基合金纳米颗粒在高温下“粘”在碳载体上,防止纳米颗粒在高温下尺寸变大,成功制备出46种铂合金催化剂。

他们研究发现,铂合金催化活性与其表面应力存在强关联性,通过减少铂合金催化剂的晶格参数增大压缩应变,有望将催化性能进一步推向峰值。

他们从合成的46种催化剂“家族”中筛选出数种高活性催化剂,使得氢燃料电池性能达到了世界先进水平。其中的铂钴合金催化剂,只需使用约十分之一的铂,就可以实现与商业铂碳催化剂效果相当的氢燃料电池性能。

据悉,梁海伟教授联合团队研发这项新技术历时5年多。“铂约占氢燃料电池40%的成本,我们的目标是通过减少铂使用量,大幅降低电池价格。”梁海伟说,新技术方案为实现目标奠定了基础,但实用化还面临一系列挑战,目前他们已与企业合作推进后续开发。

政策重点支持催化剂等技术研发

中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员衣宝廉表示,燃料电池车绿色、动力性能、安全性等优势明显,但未来要实现规模应用,降低燃料电池车与运行成本是关键。

催化剂是燃料电池的核心材料之一,占燃料电池电堆成本的40%以上。上海证券报记者在采访中了解到,一直以来,我国发展氢能所需的催化剂主要从国外进口,相关技术的壁垒颇高,从而也进一步推升了下游成本。

为了解决氢燃料电池发展中“卡脖子”的关键技术问题,财政部、工信部等五部门去年9月联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,明确指出要重点支持催化剂等关键材料和零部件的研发突破。

多地已经表示将从政策和资金上支持上述领域发展。比如,北京昌平提出将建设全球领先的氢能技术创新高地,2023年前实现核心技术自主化,推动氢燃料电池终端应用成本全面降低30%。

浙江温州打算设立新能源汽车重大科技研发专题,每年市财政安排不少于3000万元专项资金,围绕燃料电池系统和核心部件等开展科研攻关。

相关研究落地产业化仍需时日

记者发现,目前多个企业正在积极推进催化剂等技术研发。

华昌化工今年6月底公告,与南京天宜华茂管理咨询合伙企业(有限合伙)(南京大学介观催化剂研发团队)、西藏瑞华资本管理有限公司共同投资设立氢燃料电池催化剂联营企业,联营企业注册资本3000万元。

华昌化工表示,其主要目的是通过与合作方合作,希望在氢能源关键材料领域有所拓展,为本公司控股子公司—苏州市华昌能源科技有限公司后续发展提供支持。

刚登陆科创板的中自环保科技股份有限公司目前已成功研制出第一代铂碳催化剂,公司表示还将积极探索其技术在氢燃料电池电催化剂等新能源领域的应用。

多位行业人士在接受上海证券报记者采访时表示,尽管行业目前在氢燃料电池催化剂的研究上取得了一定的成绩,但离产业化还有一定距离。

“即使相关实验取得进展,也有可能面临无法重复出品或出产。”有行业龙头上市公司相关负责人表示,针对氢燃料电池催化剂等技术的研究确实触及目前行业发展痛点,但落地实际表现仍要看中间性试验情况。

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