氢能之——燃料电池催化剂（上）

  燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地产出。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

  燃料电池的发展已经有近200年的历史。1839年英国物理学家威廉·葛洛夫（Grove）发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。因此，1939年被视为燃料电池诞生年，威廉·葛洛夫也被视为燃料电池之父。1889年，路德维希·德（Mond）等改进了葛洛夫的发明，利用浸有电解质的多孔非传导材料作为电池隔膜，以铂黑充为催化剂，通过钻孔的铂或金片为电流收集器组装出以氢和氧为燃料和氧化剂的燃料电池。

  20世纪40年代，英国工程师弗朗西斯·托马斯·培根改用液体氢氧化钾为电解液，多孔镍作为电极，扩大了适用催化剂种类，这种设计给燃料电池实用化带来了曙光。20世纪50年代，美国通用电气公司发明了首个质子交换膜燃料电池。20世纪60年代，美国航空航天管理局（NASA）在阿波罗登月飞船上首次使用燃料电池作为主电源，燃料电池因此为人类的登月作出了卓越的贡献，阿波罗号使用的碱性燃料电池总重100kg，总功率1.5kW，电极面积约700平方厘米。

  从1968年到1972年，12次飞行任务内燃料电池没再次出现任何事故。自此之后，燃料电池技术的研究引起各国重视，开始步入快速发展阶段。1993年，加拿大Ballard Power System公司推出世界上首辆以质子交换膜燃料电池为动力的车辆，燃料电池开始进军民用领域。20世纪90年代，燃料电池作为清洁、廉价、可再生的能源使用方式逐渐由实验室，融入到人类社会生活中。

  燃料电被发明之后，起初主要使用在于航空航天领域，随技术的日渐成熟，目前逐步走向了民用。美国、日本、加拿大、欧洲及澳洲在燃料电池的研究和应用领域处于世界前列，我国从20世纪50年代，也开启了燃料电池的研究。

  燃料电池系统总的化学反应方程式，本质上是电化学反应，氢气在电能产生过程中没有参与燃烧反应。在阳极，它的反应方式是氢气在阳极通过催化剂的作用失去两个电子形成两个氢质子；在阴极，是空气中的氧气，和从阳极迁移过来的质子结合电子，生成水，它的总反应方程式是氢气加上氧气生成水。由此可见，氢燃料电池在工作过程中，唯一的产物就是水，还有相当一部分的热量和电能。

  燃料电池单电池由膜电极、双极板、密封件构成，膜电极包含气体扩散层、催化层和质子交换膜。其中，气体扩散层是膜电极的重要组成部分，起到支撑催化剂层的作用，也是反应气体和生成物水的通道。质子交换膜燃料电池的阴极和阳极的主要催化剂以铂和铂碳颗粒为主，质子交换膜往往具备较高的质子传导率、气体或燃料的渗透性低、水的电渗系数小、有较好的化学和电化学稳定性、良好的机械强度、较低的成本等特性。双极板的基本功能是分配电池中的燃料和氧化剂、分离电池组中的单电池、传导电流、传输生成水和湿气、冷却电池组等。

  阳极气体扩散层大多数都用在氢气和水的传输；阳极催化层，主要是氢气在铂催化作用下发生氧化，产生质子；质子交换膜，是将阳极产生的质子传导至阴极；阴极催化层主要是氧气在铂催化作用下与质子结合，发生还原反应，生成产物水；在阴极气体扩散层，大多数都用在氧气和产物水的传输。

  在小电流区域的动力学损失，主要由阳极和阴极反应的催化剂决定；中电流区域的欧姆损失，主要由膜传导质子的速率决定；大电流区域的传质损失，主要由质子和氧气的传输速率决定。

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  北极星氢能网获悉，2024年1月11日，中汽协发布了2023年汽车工业产销情况，其中2023年12月燃料电池产销同比分别增长98.8%和149.1%，2023年全年燃料电池产销同比分别增长55.3%和72.0%，2023年全国燃料电池汽车产销总量均为6000辆。12月，新能源汽车产销分别完成117.2万辆和119.1万辆，同比分别增长47.5%

  北极星氢能网获悉，1月9日中午12时许，由鄱阳湖生态科技城园区企业制造的江西第一艘氢能船舶“西海新源1号”顺利下水。“西海新源1号”由湖心科技自主研发设计，引入国际先进的设计理念，整船新颖简洁，富有美感和速度感。该船总长23.65米，型宽5.5米，型深2.4米，设计吃水线人，可载乘员

  2023年的最后一月依旧没有抵挡住政策的陆续出台，随着氢能项目的不断推进，各地也陆续出台政策支持氢能产业高质量发展，多地政策逐渐松绑，为氢能更快更好的发展开辟新的机遇。其中，在国家层面，12月11日，三部门发布调整减免车辆购置税新能源汽车产品技术方面的要求。其中燃料电池汽车技术要求如下：1.燃料电池系

  1月7日，陕西氢能与清华大学、徐州华清京昆能源有限公司正式签订固体氧化物燃料电池研发技术与应用示范项目技术开发合同。中关村氢能产业联盟常务副理事长、清华大学长聘教授韩敏芳，陕西氢能党委书记、董事长黄晔等有关人员见签。陕西氢能党委副书记、总经理刘巍，清华大学助理研究员朱建忠，徐州华清

  北极星氢能网获悉，2023年12月28日，新一批国家标准公布，其中两项燃料电池新国标将于2024年7月1日开始正式实施。详情如下：GB/T26991-2023《燃料电池电动汽车动力性能测试方法》国家标准《燃料电池电动汽车动力性能测试方法》由TC114（全国汽车标准化技术委员会）归口，TC114SC27（全国汽车标准化技术

  北极星氢能网获悉，1月3日，河南郑州工信局、财政局联合发布《关于组织郑州市燃料电池汽车示范应用第二年度中央奖励资金申报工作的通知》。该文件支持方向包括整车示范应用奖励、车用氢气奖励，申报条件要求为郑州市内登记注册、纳税的整车及改装车企业，基本的产品已获得工信部汽车产品公告，并接入国家

  2023年12月，由我国牵头的ISO7637-1:2023《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第1部分：词汇和一般规定》和ISO/TR17326:2023《使用压缩氢气的燃料电池电动汽车低温冷起动性能测试方法》2项国际标准正式对外发布。ISO7637-1:2023是电气/电子部件电磁兼容（EMC）关键基础方法标准，由我国、德国联合法国、日本

  近日，财政部等部委对燃料电池汽车示范城市群第一年度工作进行了考核评价。依据考核结果，中央财政拨付京津冀燃料电池汽车示范城市群奖励资金3.5亿元。京津冀燃料电池汽车示范城市群各项任务进展顺利，聚焦冬奥赛事客运服务、大宗物资运输、渣土运输、城市物流配送、通勤客运等应用场景，第一年度实现

  北极星氢能网获悉，2023年12月29日，山西吕梁市第二批百辆氢能重卡（二代）在鹏飞集团正式投运。据悉，2022年11月22日鹏飞集团首批百辆氢能重卡投运，一年来，总行驶里程已超越800万公里，部分单车里程已超10万公里，碳减排达到1.1万吨，净化空气达1.6亿立方，成为全国氢能重卡自主商业化运营的典范

  近日，铧德氢能源向客户交付HyESS-C5商用型氢电储能系统，铧德氢能源这次交付的HyESS-C5商用型氢电储能系统将PEM制氢、燃料电池热电联供系统和高压储氢系统有效结合，通过模块化的设计高度集成到标准20尺集装箱中，运输和安装便捷。系统主要集成了5Nm3/hPEM电解水制氢系统、16*40L储氢罐、5kWPEM氢燃料

  12月1日，优美科位于中国的首个大型燃料电池催化剂工厂在常熟举行了奠基仪式。比利时王国驻上海总领事颜博诺、常熟市委书记周勤第出席奠基仪式。优美科燃料电池催化剂（常熟）有限公司是比利时优美科集团在常熟投资设立的全资子公司，同时也是集团在欧洲以外唯一的业务总部。随着绿氢的日益普及，氢燃

  近日，中国科学技术大学高敏锐教授课题组研制出一种高抗氨毒化的镍基碱性膜燃料电池阳极催化剂，其在阳极含10ppm氨的膜电极组装中，能保持95％的初始峰值功率密度和88％的初始电流密度（0.7V下），远超商业铂碳催化剂。相关成果以“EfficientNH3-TolerantNickel-BasedHydrogenOxidationCatalystforAnio

  近日，中国科学技术大学梁海伟教授课题组使用原位X射线衍射技术研究了金属间化合物（IMCs）催化剂在高温下的形成机制，理解了相变温度依赖的结构演变过程，并通过拆分合金化和有序化步骤，实现了高度有序铂基合金催化剂的制备。所制得的催化剂展现出优异的低铂燃料电池性能。该研究成果以“Phasediagra

  11月19日，欧亚合成发布了重要的公告称该公司拟向全资子公司上海欧亚合成材料科技有限公司增资人民币950.00万元。此次增资主要致力于解决国内氢燃料电池行业中其氢气转化为氢离子过程中所需昂贵的催化剂载体问题。

  上海骥翀氢能科技有限公司与上海济平新能源科技有限公司及苏州博萃循环科技有限公司于9月8日在江苏张家港江苏骥翀氢能源科技有限公司签署战略合作协议。三方将围绕燃料电池铂金催化剂的循环回收再利用开展深度合作。

  催化剂作为燃料电池电堆的核心材料，其综合性能与国产化必然的联系到我国燃料电池技术的核心竞争力及其产业化前景。

  2021年6月28日，上海证券交易所发布科创板上市委2021年第44次审议会议结果公告，中自环保科技股份有限公司（首发）:符合发行条件、上市条件和信息公开披露要求。拟募资总额为145,990.65万元。其中6400.47万元将用于氢能源燃料电池关键材料研发能力建设项目。

  6月29日，华昌化工发布关于对外投资设立氢燃料电池催化剂联营企业及签订相关协议的公告，称将与南京大学合作共建介观催化联合实验室，设立氢燃料电池催化剂联营企业。

  今年以来，燃料电池核心材料之一的催化剂原材料铂金属价格持续上涨，幅度高达30%。有不少业内人士担心铂金属价格高幅上涨，会让原本价格偏高的燃料电池“雪上加霜”，拖累示范运营推广进度。事实会否如此？

  巴斯夫近日宣布扩大其位于美国南卡罗来纳州塞内卡的铂族贵金属（PGM）精炼装置规模。公司将增加上千万资金（美元）投入，以提高精炼产能，回收机动车排放催化剂等报废催化剂中的贵金属。与矿产金属相比，回收金属可减少多达90%的二氧化碳排放量。巴斯夫通过回收贵金属并重新用来制造全新的催化剂，以循环经济解决方案实现了闭环生产。

  优美科与英美资源宣布达成研发合作协议，开发基于铂族金属的催化剂，大多数都用在燃料电池电动汽车(FCEVs)和其它移动应用的液态有机氢载体(LOHC)。这种催化剂技术有可能改变氢气的储存方式和给燃料电池车提供能量的方式。

  北极星氢能网获悉，近日，河北省工业和信息化厅公示了关于河北省第一批工业领域关键核心技术和产品“揭榜挂帅”拟确定的攻关项目及揭榜主体，确定26项攻关项目及21家揭榜主体。这中间还包括2项氢能领域攻关项目，分别为亿华通联合申报、中船派瑞氢能独立申报的兆瓦级PEM质子交换膜电解水制氢技术和沧州明珠

  北极星氢能网获悉，12月27日，国家电投集团氢能科技发展有限公司（以下简称“国氢科技”）的华南氢能产业基地一期项目在佛山南海举行建设启动仪式。南海区委副书记、区长王勇，佛山市政府副秘书长郭明强受邀出席，国氢科技党委副书记、总经理张银广出席并致辞，国氢科技党委委员、工会主席、行政总监胡

  北极星氢能网获悉，近日，碱性制氢隔膜研发商——元泰能材于近日获得数千万元天使轮融资，本轮融资由浪潮资本和开源资本担任财务顾问，资金大多数都用在团队扩建和产品研究开发。元泰能材是清华大学欧阳明高院士团队孵化的企业，立足制氢产业关键卡脖子材料——复合隔膜。在位于氢产业链上游的制氢环节，常见的

  北极星氢能网获悉，12月6日，北京海得利兹新技术有限公司（以下简称“海得利兹”）成功召开【氢能即用氢进万家】高温膜燃料电池技术交流与产品发布会，期间不仅进行博士后科研工作站揭牌、发布多款突破性高温膜燃料电池技术产品和现场合作签约，还公布了最近的融资动态。海得利兹在氢能源领域素有“黑

  11月27日，国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）发布2023年第13号公告，批准发布《液压缸试验方法》等468项推荐性国家标准。其中，关于氢能及燃料电池的国家标准有4项，1项为修订标准，3项为新制定标准，具体如下：修订标准：《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》（GB/T26990-2023），代替

  北极星氢能网获悉，11月30日，重庆市经信委印发印发《重庆市先进材料产业集群高水平质量的发展行动计划（2023—2027年）》的通知，其中指出：加强光伏材料、锂电材料、氢能材料、特种功能材料等产业培育；培育质子交换膜、极板、催化剂材料支撑氢能产业高质量发展，提升新能源材料产业链自主化水平，推动产业集群发

  10月21日，南方科技大学机械与能源工程系与氢蓝时代就共建联合实验室举行授牌仪式。加拿大工程院院士、南方科技大学机械与能源工程系讲席教授王海江，氢蓝时代副总裁王浩等双方代表参加授牌仪式。据介绍，该共建联合实验室主要聚焦质子交换膜燃料电池关键材料、核心部件及系统研发，并推进技术创新成果

  9月22日，苏州福氢氢能科技有限公司宣布完成数千万元新一轮融资。本轮融资由金浦智能领投，前沿投资、苏创投、苏高新股份等机构跟投，本轮资金将用于研发技术及产能和团队升级。福氢氢能成立于2022年，聚焦制氢和用氢环节，是一家技术驱动型公司。公司基本的产品是质子交换膜，产品应用于燃料电池和PEM电

  楼上办公画图，楼下就能测试和生产，坐着电梯上下楼，就能到达产业的上下游，这样的场景，在北京大兴国际氢能示范区正在成为现实。北极星氢能网获悉，9月1日，央视新闻朝闻天下栏目报道了北京大兴国际氢能示范区调研情况。大兴国际氢能示范区位于北京南部中心位置，毗邻大兴国际机场。它是怎么样打造氢能

  北极星氢能网获悉，8月18日，天顺风能（苏州）股份有限公司与濮阳县人民政府在河南濮阳签订了《电解水制氢及加氢装备制造项目战略合作协议》，天顺风能集团董事长严俊旭与濮阳县先进制造业开发区党工委书记李继忠代表双方签署协议。濮阳市委书记万正峰，濮阳市委副书记、市长朱良才，濮阳市委常委、常

  北极星氢能网获悉，近日，天津膜天膜科技股份有限公司发布公司战略规划，立足自身技术、科研、品牌优势，整合内外部资源，通过内涵发展和外延并购双向驱动，强化公司分离膜及其绿色低碳应用领头羊，并延伸发展“双碳”关键核心技术及其解决方案，将公司打造成为分离膜和双碳技术协同发展的高科技企业