催化劑是燃料電池關鍵材料之一，對燃料電池性能有著至關重要的影響。當前國產(chǎn)燃料電池鉑炭催化劑整體產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗仍然缺乏，如何提升產(chǎn)品性能、降低成本、提高催化劑工藝制備水平等都是業(yè)內十分關心的痛點問題。

值此國內燃料電池催化劑技術攻關的關鍵時期，高工氫電、高工產(chǎn)業(yè)研究院將于7月3-4日在上海舉行“2019高工氫電產(chǎn)業(yè)高峰論壇”，此次峰會主題為“風口上起舞，刀口上前行”，來自車企、電堆及系統(tǒng)、核心材料、關鍵零部件及設備等產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的超700位企業(yè)負責人將共聚一堂，圍繞產(chǎn)品技術及行業(yè)發(fā)展趨勢進行深度探討交流。

屆時，國家標準鉑炭催化劑活性試驗方法起草人、西北有色金屬研究院教授楊喬森將在本次峰會的“核心材料/智能裝備助力燃料電池性能提升”專場發(fā)表主題演講。

資料顯示，1983年西北有色金屬研究院設立“西北有色金屬研究院催化劑研究所”，開創(chuàng)貴金屬催化劑國產(chǎn)化研究；1992年國內第一個工業(yè)化鈀炭催化劑誕生，在岳陽石化得到應用，替代了進口美國鈀炭催化劑；2003年承擔國家十五科技攻關計劃(863)項目“炭載納米鉑炭催化劑研究”；2005年國內第一個工業(yè)化化工用鉑炭催化劑誕生，在山東蘭德廠得到應用，替代了日本鉑炭催化劑；2011年設立“陜西省貴金屬催化劑工程研究中心”；2017“鉑炭催化劑活性試驗方法”等4個國家標準正式發(fā)布；2018年設立功能材料“貴金屬催化劑國家與地方聯(lián)合研究中心”。

由于長期以來催化劑生產(chǎn)處于“技藝”階段，加之鉑炭催化劑工藝技術的保密，所以催化劑活性組分和載體的選擇主要依據(jù)前人的經(jīng)驗和大量的試驗來決定。西北有色金屬研究院依托長達30年的技術積累和國內成熟的技術平臺，正為推動國產(chǎn)鉑炭催化劑發(fā)展貢獻一份力量。

在本次峰會開啟前，高工氫電特別專訪楊喬森教授，深入了解燃料電池鉑炭催化劑的國產(chǎn)化進程。楊喬森教授本人在國內貴金屬催化劑領域深耕18余年，對貴金屬催化劑有深刻的理解和實際工作經(jīng)驗，解決了若干關鍵難題，參與了2003年“863”項目《鉑炭催化劑的國產(chǎn)化研究》，該項目獲得部級、省級和市級二等級各一次，5個貴金屬催化劑國家標準的制訂，4個發(fā)明專利，6篇論文。他對于燃料電池鉑炭催化劑有哪些真知灼見？

高工氫電：請介紹西北有色金屬研究院燃料電池催化劑研究及產(chǎn)業(yè)化進展。

楊喬森：西北有色金屬研究院是國內最早從事炭載貴金屬催化劑研究與生產(chǎn)的單位，已從事炭載貴金屬催化劑的研發(fā)與生產(chǎn)、催化工藝的設計開發(fā)、廢催化劑的回收再加工等業(yè)務30余年，該院氫燃料電池鉑炭催化劑開展了制備工藝量產(chǎn)技術攻關，在對傳統(tǒng)催化劑長期研究積累的基礎上，使得氫燃料電池鉑炭催化劑產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)難題成功攻克，該院氫燃料電池催化劑的產(chǎn)能若有需求可以生產(chǎn)超過1000克/天，燃料電池鉑炭催化劑產(chǎn)品正在幾家膜電極生產(chǎn)廠家進行驗證測試評價，有望大規(guī)模生產(chǎn)，替代進口鉑炭催化劑。

高工氫電：燃料電池鉑炭催化劑制備研究的難點和重點是什么？

楊喬森：目前實際應用的燃料電池炭載鉑催化劑，鉑擔載量一般高達20%以上，較通常的化工用擔載型催化劑(鉑擔載量低于5%)的制備難度要大很多，國內目前尚處于研發(fā)測試評價階段，未形成生產(chǎn)能力，產(chǎn)品主要依賴進口。

燃料電池炭載鉑催化劑中鉑納米顆粒粒度、粒度分布及雜質含量對催化劑的電催化性能和運行穩(wěn)定性有很大的影響。當催化劑中金屬Pt粒子的粒度在2——5nm、粒子粒度分布窄、在炭上分散均勻，催化劑中有害雜質(如Cl)含量少時，催化劑具有較好的活性和穩(wěn)定性。炭載鉑催化劑中Pt金屬粒子的粒度、粒度分布及雜質含量的控制是制備研究的難點和重點。

高工氫電：在研發(fā)燃料電池催化劑過程中，西北有色金屬研究院碰到的最大困難是什么，又是如何克服的？

楊喬森：催化劑除了可以加速化學反應進行(即活性)外，還可以使反應向生成某一特定產(chǎn)物的方向進行，這就是催化劑的選擇性。不同的客戶對催化劑要求不一樣，所以開發(fā)催化劑就要“一戶一系，一廠一方”量身定制，這就給我們催化劑制備帶來很大困難，目前我們催化劑評價方法就有100多種體系，開發(fā)催化劑配方需要花費大量的人力、物力。

高工氫電：當前燃料電池催化劑依賴進口，請問國內外差距在哪？

楊喬森：國內實現(xiàn)燃料電池鉑炭催化劑已經(jīng)開始量產(chǎn)，但距離國際先進水平仍有差距。本田Clarity催化劑Pt含量降至0.12g/kW，豐田Mirai燃料電池催化劑Pt含量達到0.175g/kW，而我國的鉑用量大概在0.3——0.4g/kW。

國內鉑炭催化劑活性距離國際先進水平還是有差距的。鉑炭催化劑國際生產(chǎn)商有四大巨頭，分別是英國的莊信萬豐、日本的田中、德國的巴斯夫、德國的德固賽。目前我們單位所有的鉑炭催化劑中，唯一一個沒有替代就是氫能燃料電池鉑炭催化劑，我們原來在這方面沒有重視，如果把燃料電池催化劑替代的話，我們就把國外所有進口的鉑炭催化劑都替代了。

高工氫電：鉑載量降低將呈怎樣的趨勢？未來非鉑催化劑有無可能？

楊喬森：未來燃料電池催化劑發(fā)展的主要有三個方向：一是高活性、低鉑量催化劑的研究，這是我們目前的研究方向，研究鉑貴金屬利用率的最大化，節(jié)約鉑貴金屬用量，降低催化劑成本，具有非常重要的實際應用價值。

二是Pt-M合金催化劑，Pt-M催化劑是Pt與過渡金屬形成的合金催化劑，通過過渡金屬催化劑對Pt的電子與幾何效應，在提高穩(wěn)定性的同時，質量比活性也有所提高；同時，降低了貴金屬的用量，使催化劑成本也得到大幅度降低。如Pt-Co/C、Pt-Fe/C、Pt-Ni/C等二元合金催化劑，展示出了較好的活性與穩(wěn)定性。

針對Pt-M催化劑，需要解決燃料電池工況下過渡金屬的溶解問題，金屬溶解不但降低了催化劑活性，還會產(chǎn)生由于金屬離子引起的膜降解問題。因此，提高Pt-M催化劑的穩(wěn)定性問題還需要進一步研究。

三是非貴金屬催化劑，非貴金屬催化劑的研究主要包括過渡金屬原子簇合物、過渡金屬螯合物、過渡金屬氮化物與碳化物等。在這方面，各種雜原子摻雜的納米碳材料成為研究熱點，如N摻雜的非貴金屬催化劑與鉑炭相比活性偏低。目前非貴金屬催化劑實驗結果距離工業(yè)化還有很長的路，當前迫切需求制備低含量、高利用率的鉑貴金屬催化劑。

高工氫電：燃料電池行業(yè)發(fā)展是否過熱？請您預判燃料電池催化劑發(fā)展趨勢，及應對策略。

楊喬森：氫燃料電池是零排放的終極解決方案，關注度持續(xù)攀升，相關燃料電池會議組織熱度高漲，確實熱過頭了。新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不可能一蹴而就，產(chǎn)業(yè)化推進要循序漸進，讓技術和產(chǎn)品逐漸成熟，培育好產(chǎn)業(yè)鏈，構建好基礎設施，才能逐步實現(xiàn)氫燃料汽車真正意義上的市場化。若想實現(xiàn)商業(yè)化，必須先解決氫氣的純度和加氫站建設等一系列問題。

燃料電池技術所需要的氫純度要求非常高，其中一氧化碳的濃度要保持10的負6次方以下，否則會讓鉑炭催化劑中毒。工業(yè)副產(chǎn)的氫氣提純難度大，電解水制氫純度高，但成本是煤炭天然氣制氫的2-3倍。所以，對氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化要作長遠打算，切切實實地解決關鍵材料和關鍵科學技術問題。