導語
目前我國燃料電池汽車仍處于開發(fā)及測試階段，距離量產(chǎn)仍有較長時間，與國外企業(yè)的技術水平仍然有較大的差距。燃料電池車初期售價可能會偏高，不過隨著技術逐步成熟，加上有政府補貼或免稅等優(yōu)惠，價格將會慢慢進入大眾可接受范圍之內。考慮到燃料電池高效、環(huán)保及安全等諸多優(yōu)點，氫燃料電池車仍然值得期待。
氫燃料電池基本情況概述
燃料電池按燃料類型可分為直接型、間接型和再生型；按電解質種類又可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸鹽型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）、固體氧化物型燃料電池（SOFC）和質子交換膜燃料電池（PEMFC）。
圖表 1 不同電解質類型燃料電池基本參數(shù)對比
1、工作原理
氫燃料電池，即使用氫氣作為燃料，利用電解水的逆反應產(chǎn)電的一種燃料電池，是質子交換膜燃料電池。氫燃料電池工作原理即：將氫氣送到電池的陽極板，通過催化劑的作用，氫原子變成一個正電荷的氫離子和一個負電荷的電子，其中氫離子通過電解質到達陰極板，而電子不能通過電解質，而只能通過外部電路形成電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結合為水。
圖表 2 氫燃料電池工作示意圖
氫燃料電池陰極板供給的氧可直接從空氣中獲得，因此僅需不斷給陽極板供應氫氣并及時把水帶走，氫燃料電池就可以不斷提供電能。相對于其他能源，氫燃料電池的發(fā)電過程無污染，能量轉換效率更高，且其燃料氫氣來源廣泛，可再生。因此氫燃料電池是目前發(fā)展最好的燃料電池。
2、產(chǎn)業(yè)鏈
氫燃料電池主要包括電池組件和燃料兩個部分。因此其上游主要是氫氣供應以及電池零組件。氫氣供應部分主要是為燃料氫氣而準備的，主要流程包括氫氣生產(chǎn)、輸送和充氣機。而電池零組件部分則主要生產(chǎn)燃料電池組、氫氣存儲設備和配件。中游則是將上述組裝，形成一個完整的可投入使用的燃料電池系統(tǒng)，每種系統(tǒng)構成都依據(jù)其不同的應用領域而有所不同。下游的應用板塊則主要包括了固定、交通運輸和便攜式三個主要領域。
圖表 3 氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈圖
產(chǎn)業(yè)鏈的核心在于中游的燃料電池系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成必定要對應下游的應用，而在燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池模塊是最為重要的。一般燃料電池由電解質、催化劑和雙極板構成，在這三者中，催化劑的有無對燃料電池成本的影響最為巨大。
氫燃料電池汽車成本構成
區(qū)別于傳統(tǒng)汽車和鋰電汽車，燃料電池汽車中的成本部分有71%與其燃料電池動力系統(tǒng)相關，分別是燃料電池系統(tǒng)（63%）和車載儲氫系統(tǒng)（8%）。在占半數(shù)以上成本的燃料電池系統(tǒng)中，電極、電極板、電解質膜和反應催化劑都是至關重要的核心部件。
圖表 4 燃料電池汽車成本構成
氫燃料電池成本下降空間主要來源于以下幾方面：催化劑、質子交換膜、雙極板、制氫、儲氫。
1）催化劑：目前主流是用貴金屬鉑，由于鉑資源稀導致成本高。解決辦法一方面提升鉑鍍層技術、減少鉑用量；另一方面是研發(fā)新型催化劑代替，如今所有的替代品都處于實驗室階段，還沒有有效可靠的解決方案。
2）質子交換膜：質子交換膜具有足夠高的機械強度和結構強度，以及膜表面適合與催化劑結合等性能。達到燃料電池汽車質子交換膜使用要求的目前只有美國杜邦公司的Nafion質子交換膜等少數(shù)幾家公司的高端產(chǎn)品。中國國內裝配燃料電池所用的質子交換膜主要依靠進口，
3）雙極板：目前石墨雙極板是主流應用，加工成本高，約占極板成本80%，同時加工時間長，限制了大規(guī)模供應。
4）制氫：目前制氫多采用電解鹽水、冶煉等高碳排放技術，由于該種制氫方法成本高，效率相對較低，同時碳排放量大，也在一定程度上限制了氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化。
隨著全球氫社會建設的加快，氫消費量也將快速增加，從 2015 年的小于 1 萬億上升到 2050 年的6.5 萬億左右。在此期間，氫的價格也會逐漸下降。根據(jù)日本新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構的測算，刨除加氫站的利潤，2013年的供氫成本為 1 立方米 120 日元左右，而這個價格在 2015 年降低到 90 日元，到 2020 年僅為 60 日元。
圖表 5 供氫成本下降趨勢（單位：日元/立方米）
數(shù)據(jù)來源：日本新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構、一覽眾咨詢
5）儲氫：氫氣要安全儲藏和運輸成本相對于普通能源要高很多。豐田Mirai中設計了一大一小兩個儲氫罐，通過高壓的方式盡可能多充入一些氫氣。以目前的主流儲存技術，豐田選用了700個大氣壓的高壓儲氣罐，兩個儲氫罐一共的容量是122.4升，采用700個大氣壓儲存，能容納約5公斤的氫氣，續(xù)航里程達到650km。目前，歐日儲氫技術已達到成熟水平，但安全性問題仍沒有得到可靠的解決。
在汽車領域，燃料電池系統(tǒng)的高成本增加了整個汽車的成本，未來的主攻方向是如何在減小成本的同時延長使用壽命。降低燃料電池系統(tǒng)的成本從理論上講是可行的，并且很大程度上決定了整個汽車的成本。但是高壓罐的成本卻很難下降，因為高壓罐的成本很大程度上取決于昂貴的復合材料，所以目前的研發(fā)重點集中在降低高壓罐的復合材料成本。電池和電力控制系統(tǒng)的成本隨著技術的進步都會有一定的下降，因為材料的限制不會下降得太多，但是高技術的融入會延長電池使用壽命，從而提高整個汽車的使用性能。
圖表 6 氫燃料電池汽車成本預測
數(shù)據(jù)來源：一覽眾咨詢
2015年，豐田公司宣布最新的氫燃料電池汽車在試運行期價格是6萬美元，但是該價格可能主要反映的是客戶的支付意愿，而不是生產(chǎn)汽車的成本，因為氫燃料電池汽車目前主要是針對高收入群體和汽車技術愛好者，并且要求在居住地附近有相應的加氫站。
加氫設施建設情況
除技術、壽命、成本等因素外，加氫站的數(shù)量將是影響燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的另一重要因素。全球加氫設施的發(fā)展主要集中在三大區(qū)域：北美、歐洲和日本，整個加氫站建設的密度將與燃料電池汽車的市場導入量相匹配。目前而言，中國僅有一個加氫站，加氫站不僅遠遠低于美國數(shù)量，也遠遠低于臨近的韓國和日本。
2015年全球加氫站建設邁入新階段，新增54座加氫站，其中日本新增加氫站28座，是新建數(shù)目最多的國家，顯示出日本對氫燃料電池汽車發(fā)展的支持力度。截止2015年底，全球共有214座加氫站正在運營。其中亞洲67座，歐洲97座，北美50座，南美1座，澳大利亞1座。
圖表 7 全球主要國家加氫站規(guī)劃建設數(shù)量
2016年3月日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省宣布，為普及燃料電池車，計劃到2025年度使供給其燃料的加氫站增至320處。這一數(shù)量相當于目前的4倍。燃料電池車力爭到2025年在日本國內售出20萬輛，到2030年售出80萬輛。通過提出政府目標，以補貼和放寬限制等政策來扶持降低成本的做法，經(jīng)產(chǎn)省打算加速普及燃料電池車。
根據(jù)計劃，加氫站設置成本將從目前的約4億日元降至2億日元左右（約合人民幣1159.7萬元），與歐美不相上下，讓加氫站在本世紀20年代后半期達到在沒有政策扶持的情況下也能盈利的程度。燃料電池車價格到2025年將降到200多萬日元，促使普通消費者也購買。
加氫站的建設仍為各國政府主導，同時車企也加入其中，包括豐田、現(xiàn)代、寶馬、奔馳等車企也開始規(guī)劃建設充電站。
圖表 8 主要燃料電池車企業(yè)均布局加氫站的建設
燃料電池汽車市場運行情況
歐美日等國家均制定了氫燃料電池汽車（FCV）發(fā)展戰(zhàn)略，在FCV的研發(fā)上投入資金，修建加氫站等基礎設施，并出臺優(yōu)惠政策，鼓勵消費者購買FCV。
日本不僅在氫能利用方面技術領先，并且計劃構建一個以氫能為主要能源的清潔城市；同樣的，日本在FCV的研發(fā)上，走在了世界前列。日本計劃到2020年東京奧運會開幕，修建的加氫站將形成一張網(wǎng)絡，覆蓋以東京、大阪為代表的城市帶。與此同時，日本政府正加大消費者購買FCV的補貼力度，并表示到2025年，將FCV的市場價格降至2萬美元。
歐洲方面，以英國、丹麥為代表的國家，正加快推進加氫站的建設。如今，丹麥已基本實現(xiàn)加氫站全覆蓋；英國、德國也在提高加氫站的資金投入和地域覆蓋。特別是英國，在政策上大力支持FCV，并計劃至2030年，生產(chǎn)、銷售160萬輛FCV。
車企方面，世界主要汽車制造商均設定了氫燃料電池汽車（FCV）的商業(yè)化時間，目前市面上能買到的FCV僅有3款，分別是豐田Mirai、本田Clarity、現(xiàn)代ix35FC。
圖表 9 已量產(chǎn)燃料電池汽車
數(shù)據(jù)來源：一覽眾咨詢
目前我國燃料電池車仍在開發(fā)及測試階段，距離量產(chǎn)仍有較長年時間，與國外企業(yè)的技術水平仍然有較大的差距。國內涉及燃料電池的有上汽、長安、一汽、江淮、廣汽、奇瑞、宇通、福田等較大企業(yè)，科研機構也僅限于清華大學、同濟大學等有較強實力的科研院校，產(chǎn)業(yè)的活躍度不夠。
2016年5月中國國家發(fā)改委、國家能源局下發(fā)了《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）》，并同時發(fā)布了《能源技術革命重點創(chuàng)新行動路線圖》。該《計劃》列舉了包括“先進儲能技術創(chuàng)新”、“氫能與燃料電池技術創(chuàng)新”、“能源互聯(lián)網(wǎng)技術創(chuàng)新”等15項重點任務。而《路線圖》則明確了上述15項重點任務的具體戰(zhàn)略方向、創(chuàng)新目標及創(chuàng)新行動。未來幾年，燃料電池汽車領域更多地利好政策將會持續(xù)出現(xiàn)，屆時將會增大行業(yè)的發(fā)展動力。
燃料電池車初期售價可能會偏高，不過隨著技術逐步成熟，加上有政府補貼或免稅等優(yōu)惠，價格將會慢慢進入大眾可接受范圍之內?？紤]到燃料電池高效、環(huán)保及安全等諸多優(yōu)點，氫燃料電池車仍然值得我們期待。
國內燃料電池相關企業(yè)
全球以燃料電池為主營業(yè)務的廠商不多，主要集中在歐美國家和日本。除此之外，各大車廠都有燃料電池研發(fā)和生產(chǎn)部門，為燃料電池汽車配套。主流的燃料電池廠商包括美國Fuel Cell Energy、美國BE布魯姆能源、加拿大Ballard、美國Plug Power等。國內相關企業(yè)有大連新源動力、上海神力科技、江蘇氫陽能源、北京億華通，重塑，康諾，弗爾賽等。
圖表 10 國內燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)及產(chǎn)品
聯(lián)系客服
