研報：PEM燃料電池催化劑的發展趨勢

催化劑對質子交換膜(PEM)燃料電池的性能至關重要。隨著零排放汽車趨勢的持續，燃料電池電動汽車(FCEV)市場預計將相應增長。

到2033年，對鉑族金屬等典型催化材料的年需求將超過3.5噸。在本文中，IDTechEx概述了催化材料市場，并評估了該領域在未來十年的主要趨勢。

報告全面覆蓋電動汽車行業，詳細介紹純電動汽車(BEV)和FCEV。FCEV研究分為乘用車、輕型商用車(貨車)、重型卡車和城市公交車。

新報告《PEM燃料電池2023-2033的材料》，其中包括按車型細分的關鍵燃料電池組件和材料的未來10年預測，同時還詳細介紹了每個細分市場的相關價值。

催化劑對于PEM燃料電池來說是必要的，可以使化學反應在低于100°C的溫度下有效地發生，從而滿足PEM質子傳輸所需的含水條件。通常，鉑和其他鉑族金屬(PGM)被用作催化劑；然而，這些貴金屬的高成本抑制了整個燃料電池堆的成本降低。

當討論PEM燃料電池的催化劑時，必須簡潔地定義感興趣的領域。雖然“催化劑”是一個無所不包的術語，但IDTechEx指出，催化劑涂層膜(CCM)在其中不容忽視。

CCMs是一種具有集成催化層的膜材料。這種CCM通常夾在氣體擴散層(GDL)之間，以創建一個完全集成的組件，稱為膜電極組件(MEA)。在本文中，IDTechEx將介紹催化材料本身的發展趨勢。

主要是為了降低燃料電池的成本。鑒于鉑金屬(Pt)的高價格，提高金屬的催化活性將減少所需貴金屬的體積。這可以通過探索替代金屬，如Pt3Ni合金或金納米顆粒來實現。

另一種方法是改變Pt催化劑的形式因子，優化活性催化位點的數量。IDTechEx報告詳細介紹了所有這些發展，并對政府機構設定的目標進行了審查，對價值鏈中主要參與者當前和未來的負荷進行了評估。

燃料電池催化中毒的減少將使較不貴重的金屬可以用于電堆。當一氧化碳永久地結合到鉑催化劑上，降低了理想的催化活性時，就會發生催化劑中毒。

一氧化碳(CO)是由蒸汽重整碳氫化合物產生的一種不受歡迎的氣體成分。值得注意的是，通過電解大量生產純氫可以消除CO污染的問題。

其他限制催化中毒的嘗試包括改變催化劑納米顆粒的形狀，通過催化劑的某些分子排列提供不太可能被CO鍵污染的位點。

降低催化劑成本的一個主要方面是尋找現有貴金屬鉑的替代材料。其中一些材料已經被提及，如Pt3Ni合金和金納米顆粒。金屬/氮/碳(MNC)催化劑被認為是一種很有前景的催化劑。

雖然體積催化活性僅為Pt的10%，但由于成本較低，增加MNC催化劑的負載已被提出作為緩解這一問題的解決方案。燃料電池催化劑的主要供應商提供一系列材料，從Pt到IrO2。

IDTechEx的報告詳細介紹了PGM催化劑的主要供應商，并預測了PGM材料的需求以及將這些金屬集成到CCM中的相關價值。