写稿 投稿
周卫江:批量化生产催化剂的性能提升策略
作者:官方 来源:氢启未来网 所属栏目:专家风采 发布时间:2022-05-02 17:51
[ 导读 ]4月28日,在氢能大咖分享汇——“西部氢能发展研讨会”线上演讲环节中,来自中自环保科技PEMFC技术首席科学家周卫江先生带来...

4月28日,在氢能大咖分享汇——“西部氢能发展研讨会”线上演讲环节中,来自中自环保科技PEMFC技术首席科学家周卫江先生带来《批量化生产催化剂的性能提升策略》报告演讲。

本次报告重点讲解了国产电催化剂的现状、催化剂的性能、提升性能的策略和方法、中自环保科技股份公司介绍四个部分。

周卫江:批量化生产催化剂的性能提升策略.png

在过去的一个多世纪中,众多与能源相关的工业不断排放温室气体,导致环境污染。从源头来看,氢能的利用是实现“碳达峰”“碳中和”伟大目标的重要抓手。

而氢能产业链非常广阔,涉及到众多产业与专业,包括制备、储备、运输和利用,这其中燃料电池技术是实现氢能高效利用最重要的途径。

燃料电池技术在氢能产业链处于承上启下的重要地位。

因此,国家能源局将氢能和燃料电池技术列为“十四五”期间能源技术装备的重点任务之一。

燃料电池本身是一个非常完整的产业链,这其中电催化剂处于产业链的最上端,是燃料电池系统中的核心材料。

电催化剂目前主要是以铂基为主,是燃料电池系统中成本占比最高的材料,而且随着燃料电池的推广和应用、产能的提升,铂基电催化剂的成本占比可能不降反升,因此电催化剂是我们国产质子交换膜燃料电池发展最大瓶颈之一。

目前国内燃料电池所使用的催化剂大部分是进口产品,这个占比仍然处在80%左右。膜电极方面也是类似的情况,所以是国产燃料电池发展“卡脖子”的一个难点。

同时也说明这个市场潜力是巨大的,相信在国家政策强力推动下,国产化进程还是会不断提速,周卫江先生表示希望尽快扭转这一局面。

国产电催化剂的现状方面,周卫江先生认为在2025年前后,甚至更远一点,铂基电催化剂仍然是氢燃料电池的主流催化剂,非铂催化剂还无法实现大规模的应用。

在燃料电池的所有关键材料和部件中,随着燃料电池的推广和产能的提升,铂基电催化剂可能是唯一涨价的材料,其成本占比可能会增加,需要提前做好准备。

目前国内铂基电催化剂的市场仍然被国外产品把持,例如J.M、TKK、Umicore,但国产催化剂也在迎头赶上,国家政策支持优先采用国内产品。

国产电催化剂的初始活性和批量化产能方面都有明显提升,并具有一定竞争力,产品耐久性方面还需要继续强化。

关于催化剂性能方面,本次周卫江先生重点讲述催化剂性能耐久性问题。

导致铂基电催化剂失活或者性能降低有许多因素,其中两个重要的因素是涉及铂粒子的失效、碳载体的电化学腐蚀等。

铂粒子的变化和中毒非常明显,铂基金属粒子在使用过程中会发生烧结、聚集、迁移、脱落、溶解等各种问题。另外燃料电池在使用时,环境或燃料电池内部会有一些杂质也会导致铂活性位中毒。

而碳载体的电化学腐蚀会导致铂基金属粒子的流失、催化层减薄(接触内阻增加),同时催化层亲水性也会很强,容易发生水淹现象,导致膜电极性能大幅度下降。

燃料电池非规范操作会导致燃料电池膜电极及催化剂的严重损失甚至完全失败。

当电催化剂批量化生产时,工艺路线的选择、产品质量的控制显得尤为重要,提高产能的时候不可避免会遇到放大效应,导致产品均一性、一致性不容易实现。

周卫江先生表示,环保问题需要大家认真考虑,由于燃料电池是实现“双碳”目标的重要抓手和技术关键,因此在其核心材料方面,电催化剂的生产过程必须是一个“绿色”的过程,必须要考虑降低碳排放、各种废物的排放,以及回收利用,这样才能实现循环经济的目标,符合发展氢能、燃料电池的初衷。

对于电催化剂耐久性提升的策略和方法,周卫江先生认为国产碳载铂基催化剂在初始活性、粒径控制、低电位耐久性等方面已经与国外同类产品旗鼓相当,甚至略胜一筹,但在高电位耐久性等方面还有待继续强化。

提高铂基电催化剂的耐久性可以从原材料、制备工艺及后处理等方面着手,既要强化和修饰载体材料、采用更有利于批量化生产的工艺技术,还要在铂碳初级产品的基础上进行必要的后处理或功能修饰。

采用石墨化程度较高的碳载体材料,并经过必要的表面功能化处理后,即可保障铂基纳米粒子的分散度,又能在一定程度上提升催化剂的耐久性。

碳载铂基催化剂的后处理工艺及条件对提升其耐久性效果更为直接明显。

被称为“国内燃料电池电催化剂第一股”的中自环保科技股份有限公司成立于2005年,已于去年十月份登录科创板,公司主要业务有发动机排放后处理催化剂及相关服务,和氢能产业相关催化剂等,是国家级专精特新“小巨人”企业。

中自环保科技股份有限公司在2018年成立了氢能研发中心,去年参与国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术专项”高性能/抗中毒车用燃料电池催化剂批量制备技术。曾荣获国家科学技术进步二等奖1项、中国机械工业科学技术一等奖1项、四川省科学技术进步一等奖2项和中国稀土科学技术二等奖1项。

免责声明:凡注明来源为“氢启未来网:xxx(署名)”,除与氢启未来网签署内容授权协议的网站外,其他任何网站或者单位未经允许禁止转载、使用, 违者必究。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。其他媒体如需转载, 请与稿件来源方联系。如有涉及版权问题,可联系我们直接删除处理。详情请点击下方版权声明。
扫码关注订阅号
扫码进入手机官网