質子交換膜燃料電池Pt/C氧還原催化劑的研發進展

胡卓林

（山西潞安化工有限公司，山西 長治 046200）

引言

氫氣作為一種無碳燃料，是光伏和能源的橋梁。利用氫燃料電池可以實現光伏和氫能的高效轉化和利用，實現環境友好用能。目前，氫燃料電池在世界范圍內的研究與應用正在飛速發展，并且已經實現了較為成熟的商業化應用。美國、歐洲、日本的氫燃料電池研究與應用起步較早，我國氫燃料電池研究在2008年北京奧運會期間大范圍應用，2018 年我國大量企業和研究機構開始商業化布局氫燃料電池領域，氫能上下游相關產業在我國開始蓬勃發展。

考慮到耐用性、高效催化的要求，商用氫燃料電池車輛主要利用了鉑類催化劑構建氫燃料電池的陰極和陽極催化層。目前，一輛氫燃料電池車催化劑的鉑用量約為0.2 g/kW。一輛50 kW 氫燃料電池車的催化劑需要10 g 鉑。隨著燃料電池汽車的大規模生產與推廣，如果實現汽車產業半數替代，全球每年燃料電池用鉑達到472（t數據采用2019 年全球汽車產量9 440 萬輛）。按照莊信萬豐2020 年5 月鉑金屬報告，2019 年全球鉑產量為254.8 t，回收67.2 t。同年車用尾氣處理需求89.5 t，玻璃制造、化學工業、首飾等行業需求263.2 t，鉑的使用存在較大的缺口。因此，下一步氫燃料電池的大規模化生產必將引起鉑資源短缺，類似的情況就是鋰離子動力電池的大量應用目前已造成鈷、鎳、鋰等金屬供應相對短缺。長期來看，只用持續降低氫燃料電池車的鉑用量，才能保證氫能產業順利發展。

另外，美國能源部提出，50 萬臺車的氫燃料電池系統，含鉑催化劑的成本占到整個系統的41%，這個成本不會因規模化生產而降低成本，最終燃料電池實現商業化的成本預測在30 美元/kW 相對內燃機、鋰離子純電動才具有成本競爭性。……