2024年全球及中國(guó)制氫催化電極行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀：需求增量可觀，降本增效成為行業(yè)發(fā)展的重要命題[圖]

內(nèi)容概要：在堿性電解槽中，陰陽(yáng)電極合計(jì)占電極套件成本的15%，占電解槽電堆元部件成本的8%，電極成本主要來(lái)自鎳基陽(yáng)極。PEM電解槽膜電極由質(zhì)子交換膜和陰陽(yáng)極催化劑組成，陰陽(yáng)極催化劑占膜電極成本的38%，占PEM電解槽電解電堆組件的9%。在政策的引導(dǎo)和支持下，企業(yè)和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)將加大研發(fā)投入，加快催化電極相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，助力制氫效率提升。

關(guān)鍵詞：制氫催化電極、堿性電極、PEM膜電極、水電解制氫

一、制氫催化電極政策分析

目前，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初級(jí)階段，上升空間廣闊。隨著“雙碳”戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)對(duì)氫能行業(yè)的重視不斷提高。尤其近幾年，氫能政策頻出，國(guó)家高度重視制氫產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。催化電極作為制氫產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，其技術(shù)和性能對(duì)制氫效率和質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，因此政策明確要求推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和突破。2022年6月，工業(yè)和信息化部等部門發(fā)布《工業(yè)水效提升行動(dòng)計(jì)劃》，提出著力突破高效催化劑等節(jié)水關(guān)鍵共性技術(shù)。同年8月，又再次發(fā)布《原材料工業(yè)“三品”實(shí)施方案》，支持催化、儲(chǔ)氫材料等關(guān)鍵基礎(chǔ)材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。在政策的引導(dǎo)和支持下，企業(yè)和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)將加大研發(fā)投入，加快催化電極相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，助力制氫效率提升。

另一方面，國(guó)家政策也大力支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和建設(shè)，尤其可再生能源制氫是政策扶持的重點(diǎn)領(lǐng)域。2022年3月，國(guó)家發(fā)展改革委等部門發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，提出構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫。2024年3月，國(guó)家能源局發(fā)布的《2024年能源工作指導(dǎo)意見》中再次強(qiáng)調(diào)，重點(diǎn)發(fā)展可再生能源制氫，拓展氫能應(yīng)用場(chǎng)景。隨著政策持續(xù)發(fā)力，可再生能源制氫建設(shè)將加快發(fā)展，電解水制氫需求釋放。催化電極作為電解水制氫的重要部件，其需求量也將隨之增多。

二、制氫催化電極行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

堿性電解槽的成本主要包括兩個(gè)部分，即電堆元部件和輔助設(shè)備BOP，電堆元部件占?jí)A性電解槽成本的45%。電堆元部件又可分為電極套件、多孔傳輸層、結(jié)構(gòu)層等多個(gè)部分，其中電極套件就是堿性電解槽的隔膜和電極。陰陽(yáng)電極合計(jì)占電極套件成本的15%，占電解槽電堆元部件成本的8%，并且，電極成本主要來(lái)自鎳基陽(yáng)極。目前在大型堿性電解槽中，電極基材主要以純鎳網(wǎng)和泡沫鎳為主。一方面是由于鎳屬于過(guò)渡金屬材料，性價(jià)比較高；另一方面則是由于我國(guó)鎳網(wǎng)等產(chǎn)品較為成熟，鎳網(wǎng)寬幅也能夠滿足大型堿性電解水制氫裝置的需求。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，電解水制氫成本還有一定的下降空間，堿性電解槽成本下降的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自電耗成本和運(yùn)維成本。其中，電耗成本下滑主要取決于電解槽制氫效率，而電極是影響電解槽制氫效率的關(guān)鍵因素。

PEM電解槽膜電極由質(zhì)子交換膜和陰陽(yáng)極催化劑組成，質(zhì)子交換膜電解槽采用高分子聚合物質(zhì)子交換膜替代了堿性電解槽中的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)，具有離子傳導(dǎo)和隔離氣體的雙重作用。目前水電解制氫所用質(zhì)子交換膜多為全氟磺酸膜，制備工藝復(fù)雜，長(zhǎng)期被美國(guó)和日本企業(yè)壟斷，如杜邦Nafion?系列膜、陶氏XUS-B204膜、旭硝子Flemion®膜、旭化成Aciplex®-S膜等。其中杜邦Nafion?系列膜具有低電子阻抗、高質(zhì)子傳導(dǎo)性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、防氣體滲透性等優(yōu)點(diǎn)，是目前電解制氫選用最多的質(zhì)子交換膜。

陰陽(yáng)極催化劑在膜電極中扮演著至關(guān)重要的角色，其主要作用包括加速催化反應(yīng)、提高反應(yīng)速率、進(jìn)行選擇性催化以及提高PEM制氫的穩(wěn)定性。PEM膜電極的催化層含有專門的催化劑，如鉑或銥，這些催化劑能夠降低水分解的能量門檻，從而加速電解過(guò)程中的反應(yīng)速率。具體來(lái)講，陽(yáng)極催化劑促進(jìn)水分解生成氧氣和質(zhì)子（氫離子），而陰極催化劑則促進(jìn)質(zhì)子（氫離子）與電子結(jié)合生成氫氣。陰陽(yáng)極催化劑還能通過(guò)降低反應(yīng)所需的活化能，使得電解反應(yīng)在較低的電壓和電流密度下就能進(jìn)行，從而提高了整個(gè)電解過(guò)程的能量效率和反應(yīng)速度。同時(shí)，PEM電解槽膜電極中的催化層對(duì)氫氣和氧氣的生成具有選擇性，能夠確保在陽(yáng)極主要產(chǎn)生氧氣，在陰極主要產(chǎn)生氫氣，從而有效地分離了產(chǎn)生的氫氣和氧氣，防止了氣體的混合，提高了電解過(guò)程的安全性。另外，在PEM電解槽的膜電極中，催化層還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐久性，能對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、高電流密度下的電解操作，保障PEM電解制氫的穩(wěn)定性。

PEM電解槽的成本主要包括電解電堆組件和輔機(jī)兩部分，電解電堆組件成本占比為45%；電解電堆組件又可分為，膜電極、雙極板、多孔傳輸層、小組件等，膜電極成本占比為24%，其成本由金屬Pt、金屬Ir、全氯磺酸膜和制備成本四要素組成。其中，陰陽(yáng)極催化劑占膜電極成本的38%，占PEM電解槽電解電堆組件的9%。陰陽(yáng)極催化劑包括OER側(cè)催化層Ir和HER側(cè)催化層Pt，分別占PEM電解槽電解電堆組件成本的6%和3%。OER側(cè)催化層Ir是陽(yáng)極催化劑，載量在4-12g/m2；HER側(cè)催化層Pt是陰極催化劑，載量約為4-7g/m2。

相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2024年中國(guó)制氫催化電極行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及企業(yè)布局情況分析報(bào)告》

三、全球制氫催化電極行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)

賀利氏在貴金屬行業(yè)已有160多年的歷史。憑借在貴金屬催化劑方面深厚的專業(yè)知識(shí)，賀利氏PEM水電解制氫催化劑產(chǎn)品供應(yīng)豐富。賀利氏貴金屬的產(chǎn)品組合包括具有不同貴金屬負(fù)載量的水電解制氫催化劑。

近年來(lái)，賀利氏貴金屬通過(guò)開發(fā)顯著降低貴金屬負(fù)載量的PEM水電解制氫催化劑，實(shí)現(xiàn)了突破性的創(chuàng)新。賀利氏貴金屬推出的新一代低銥負(fù)載催化劑產(chǎn)品H2-EL-xxIrO-S是一種低負(fù)載型催化劑，與早期產(chǎn)品相比，可將催化劑性能提高三倍，同時(shí)將CCM中的貴金屬負(fù)載量降低50-90%。

另外，賀利氏貴金屬的最新創(chuàng)新產(chǎn)品銥釕合金催化劑是基于釕的催化劑，用于PEM水電解。除銥外，釕也能催化析氧反應(yīng)OER，這是PEM電解的關(guān)鍵部分。釕具有優(yōu)于銥的催化活性，然而，與銥相比，釕在PEM電解槽的復(fù)雜條件下缺乏穩(wěn)定性。為此，賀利氏貴金屬提出的新理念解決了這一問(wèn)題，即通過(guò)一種新穎的方式將釕和氧化銥結(jié)合在一起，在保持釕催化活性提高的同時(shí)，還增強(qiáng)了穩(wěn)定性。這種釕-氧化銥材料帶來(lái)了前所未有的活性提升。該催化劑的質(zhì)量活性比氧化銥高出50倍，而且與單獨(dú)的氧化釕不同，能夠在操作條件下保持穩(wěn)定。加速老化試驗(yàn)證實(shí)了這種新型催化劑在30000次循環(huán)后的穩(wěn)定性，其活性損失明顯低于氧化釕，與氧化銥相當(dāng)。未來(lái)，節(jié)銥催化劑的應(yīng)用將是氫氣增產(chǎn)的一個(gè)重要因素。

四、中國(guó)制氫催化電極行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)

凱立新材主要從事貴金屬催化劑的研發(fā)與生產(chǎn)、催化應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)、廢舊貴金屬催化劑的回收及再加工等業(yè)務(wù)，其研發(fā)和生產(chǎn)的催化劑廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、顏料、染料、食品、化工新材料等領(lǐng)域。同時(shí)，凱立新材也在基礎(chǔ)化工、能源環(huán)保等催化劑應(yīng)用領(lǐng)域不斷布局并取得突破。凱立新材開發(fā)的氫能領(lǐng)域?qū)Ｓ么呋瘎┌娊馑茪浯呋瘎?、化學(xué)儲(chǔ)氫催化劑、氫燃料電池催化劑，涉及氫能從制備、儲(chǔ)運(yùn)到應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈。其中，凱立新材的電解水制氫催化劑包括析氫專用催化劑和析氧專用催化劑。

2022年，凱立新材的催化劑產(chǎn)銷量實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)，產(chǎn)量為384.58噸，同比增長(zhǎng)136.11%，銷量為371.9噸，同比增長(zhǎng)163.03%。2023年，凱立新材的催化劑產(chǎn)銷量繼續(xù)保持高位，與上年同期基本持平。2023年，凱立新材的催化劑產(chǎn)量為391.61噸，銷量為372.83，分別同比增長(zhǎng)1.83%、0.25%。目前，凱立新材的在研項(xiàng)目“氫能專項(xiàng)”中，與制氫相關(guān)的PEM電解水制氫催化劑的在研項(xiàng)目已完成百克級(jí)穩(wěn)定生產(chǎn)階段。未來(lái)，凱立新材的制氫催化劑產(chǎn)能將有所提升，推動(dòng)催化劑產(chǎn)銷量繼續(xù)上漲。

五、制氫催化電極行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

堿性電極占?jí)A性電解槽電堆元部件成本的57%，其成本以制備成本為主。因此，堿性電極的降本之路可從規(guī)模化生產(chǎn)入手，提高生產(chǎn)效率，從而降低制備成本。我國(guó)堿性電極技術(shù)不斷突破，產(chǎn)品性能得到顯著提升，為堿性電極的規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)堿性電極的需求不斷增長(zhǎng)，企業(yè)為滿足市場(chǎng)需求，也將加快堿性電極的規(guī)?；a(chǎn)。膜電極占PEM電解槽電解電堆組件成本的24%，其成本以材料成本為主。因此，膜電極的降本之路則需從Pt、Ir等材料入手，提高膜電極催化效率，降低Pt、Ir載量。近年來(lái)，許多企業(yè)加大研發(fā)力度，推出低Pt濃度的產(chǎn)品，降低制氫成本。在市場(chǎng)上，已經(jīng)有一些低Pt濃度的產(chǎn)品被成功推出并得到了應(yīng)用，這些產(chǎn)品不僅降低了成本，還提高了產(chǎn)品的性價(jià)比，受到了市場(chǎng)的歡迎。

在政策和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，企業(yè)以及相關(guān)科研院所也不斷推進(jìn)新型制氫催化劑的研發(fā)，通過(guò)提高反應(yīng)效率和催化劑壽命，從而提高制氫效率和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，制氫催化電極等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度將持續(xù)加大，研發(fā)腳步提速，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。制氫催化電極技術(shù)升級(jí)不僅有助于降低氫能的生產(chǎn)成本和使用成本，提高氫能的經(jīng)濟(jì)性和普及性；還將加速制氫催化電極國(guó)產(chǎn)替代，降低我國(guó)制氫催化電極對(duì)國(guó)外市場(chǎng)的依賴度，增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和穩(wěn)定型，助力氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（yhcgw.cn）發(fā)布的《2024年中國(guó)制氫催化電極行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及企業(yè)布局情況分析報(bào)告》。智研咨詢是中國(guó)領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書、可行性研究報(bào)告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號(hào)，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。