03 铂不会成为氢能源车的瓶颈
提到铂金、白金首饰，自是无人不知、无人不晓。
铂是比黄金更为稀缺的金属，硬度也高于黄金，稳定性较黄金有过之而无不及。
从性能来看，其耐腐蚀性以及抗氧化性强。热膨胀系数小、热电稳定性强，熔点高达1772℃，延展性良好，催化活性高。
由于具有很高的化学稳定性，常常被用来制造耐腐蚀的化学仪器，也大量用于工业生产过程中，在炼油工业、汽车等产业作为催化剂使用。
据专业人士计算，每辆氢燃料电池车需要铂50g，大巴则需要100g。虽然燃料电池中使用的是铂基化合物，但我们可以用铂金价格做一个粗略的计算，以供参考。
5月10日金投网最新数据显示，1盎司现货铂金价格为975美元，1盎司约为28．35g。那么，一辆氢燃料电池车使用铂的成本为1719．57美元，1辆大巴成本为3439．15美元。铂昂贵的价格无疑抬升了氢燃料车的成本。
根据日本NEDO数据显示，电堆成本中催化剂占比高达53％。
数据来源：日本NEDO
另一方面，铂常常以矿物形式存在，开采难度更大，工艺复杂，产量较小。
根据矿业人才网数据显示，自然界铂的储量比黄金还为稀少。据不完全统计，铂金总储量为1．4万吨。
世界铂金的年产量仅85吨，只有黄金的5％。从产地来看，南非产量占比80％以上，其余以俄罗斯等国家为主，我国铂金储量仅300多吨。1盎司铂金，需从数十吨铂金矿石中历经5个月才能提炼出来。
毫无疑问，高昂的价格极大提升了氢能源车的成本，稀缺的上游资源对未来氢能源车大面积推广构成了制约因素。
解决上游资源卡脖子的方案无非有二，一为开源，二为节流。
目前应用于氢燃料电池的催化剂主要有三种，除了铂（Pt）催化剂外，还有低铂催化剂和非铂催化剂。目前市场主流的催化剂为铂炭催化剂，就是将铂的纳米颗粒分散在炭粉作为的载体上。
当然，非铂催化剂是最佳的解决方案。不过，其稳定性与Pt基催化剂仍有较大差距。
目前，过渡金属－氮－碳化合物这一技术路径得到广泛认可，具备催化活性、成本和寿命等优点，是一条较好的替代方案。
世界各国研究机构均在非铂催化剂的技术领域上积极探索。
据报告，近期，英国伦敦帝国理工学院开发出一种氢燃料电池，它使用的催化剂是由铁、碳和氮为原料构成，这三种原材料相比铂来说是廉价并容易获得的。在实验室测试中，该团队表明其性能已经接近铂催化剂。
除此之外，随着技术的进步，单车铂含量也在下降。根据庄信万丰（Johnson Matthey）的测算，海外最新的研究能够将铂用量降至0．06g／kW（约7．06g／辆）。
实际应用上，丰田等第一梯队车企的商业化车型用量大约为0．17g／kW（约20g／辆）。国内技术水平则为0．3g／kW（约35．3g／辆）。
活性衰减方面，海外已经实现3万次循环后衰减在5％以内；国内3千次循环后衰减达到86％。
通过非铂催化剂的研发和降低铂催化剂的用铂量。二者共同作用下，铂的稀缺性将得到有效缓解，不再成为产业链卡脖子环节。
我国铂催化剂产业发展较为滞后，以进口为主。据海关总署数据，2021年我国贵金属催化剂进口数量为6179吨，出口数量为1715吨，进口金额为14．21亿美元，出口金额为2．23亿美元。
日本田中贵金属、英国庄信万丰和比利时优美科，是全球较大的几家燃料电池催化剂供应商，技术较为领先，产品性能优异。
不过，随着氢能源的推广，我国企业纷纷踏入催化剂领域。以中科科创、贵研铂业（600459）、苏州擎动科技等为代表。
其中，贵研铂业与上海汽车集团合作已经研发出铂基催化剂。苏州擎动科技实现国内首个铂合金催化量产，其开发的铂合金催化剂，能够将燃料电池的铂消耗量降低7％。
04 质子交换膜国产替代可期
膜电极的关键零部件除了铂催化剂外还有质子交换膜。
目前质子交换膜有多种技术方案，不过以全氟磺酸膜为主流。
理解这个名字其实并不难，透过生产流程，借助分子式便可以解惑。因为生产全氟磺酸膜的基础材料是萤石。萤石分子式为CaF2，与硫酸（H2SO4）反应形成氢氟酸（HF），之后进行一系列的反应制成全氟磺酸膜。
正是由于全氟磺酸膜的化学性质，使得其性能、稳定性远高于同类产品，脱颖而出。
与铂催化剂一样，全氟磺酸膜产能主要集中在海外，以美国戈尔、科慕、陶氏和3M公司为主。
据高工氢电统计，国内生产的膜电极，目前多数使用戈尔的增强复合膜，市占率在90％以上。
显而易见，全氟磺酸膜也是氢能源燃料电池又一个国产替代的关键。
国内以东岳集团（00189．HK）、科润新材料、浙江汉丞等企业为代表。其中，东岳集团已具备燃料电池交换膜规模化量产的能力，实现批量供货。科润新材料、浙江汉丞已实现小批量供货。
产能方面，东岳150万平米生产线和科润100万平米项目陆续展开。随着技术突破、产能落地，质子交换膜国产替代可期。
05 结语
氢能源车的零部件与整车同等重要，产业链坡长雪厚，发展方兴未艾。国产替代浪潮势必来临，未来将诞生出一批优秀的企业。
因此，本篇文章主要对氢能源车的燃料电池进行研究，重点放在了核心零部件铂催化剂和质子交换膜上。
当然，想必各位读者对氢能源整车的研究会更感兴趣，后续将推出该系列的文章，敬请期待。
原文标题 : 推开万亿氢能赛道的第三重门——氢能源车
