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导语 目前我国燃料电池汽车仍处于开发及测试阶段，距离量产仍有较长时间，与国外企业的技术水平仍然有较大的差距。燃料电池车初期售价可能会偏高，不过随着技术逐步成熟，加上有政府补贴或免税等优惠，价格将会慢慢进入大众可接受范围之内。考虑到燃料电池高效、环保及安全等诸多优点，氢燃料电池车仍然值得期待。 氢燃料电池基本情况概述 燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型；按电解质种类又可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸盐型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、固体氧化物型燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。 图表 1 不同电解质类型燃料电池基本参数对比 1、工作原理 氢燃料电池，即使用氢气作为燃料，利用电解水的逆反应产电的一种燃料电池，是质子交换膜燃料电池。氢燃料电池工作原理即：将氢气送到电池的阳极板，通过催化剂的作用，氢原子变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子，其中氢离子通过电解质到达阴极板，而电子不能通过电解质，而只能通过外部电路形成电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。 图表 2 氢燃料电池工作示意图 氢燃料电池阴极板供给的氧可直接从空气中获得，因此仅需不断给阳极板供应氢气并及时把水带走，氢燃料电池就可以不断提供电能。相对于其他能源，氢燃料电池的发电过程无污染，能量转换效率更高，且其燃料氢气来源广泛，可再生。因此氢燃料电池是目前发展最好的燃料电池。 2、产业链 氢燃料电池主要包括电池组件和燃料两个部分。因此其上游主要是氢气供应以及电池零组件。氢气供应部分主要是为燃料氢气而准备的，主要流程包括氢气生产、输送和充气机。而电池零组件部分则主要生产燃料电池组、氢气存储设备和配件。中游则是将上述组装，形成一个完整的可投入使用的燃料电池系统，每种系统构成都依据其不同的应用领域而有所不同。下游的应用板块则主要包括了固定、交通运输和便携式三个主要领域。 图表 3 氢燃料电池产业链图 产业链的核心在于中游的燃料电池系统，系统的组成必定要对应下游的应用，而在燃料电池系统中，燃料电池模块是最为重要的。一般燃料电池由电解质、催化剂和双极板构成，在这三者中，催化剂的有无对燃料电池成本的影响最为巨大。 氢燃料电池汽车成本构成 区别于传统汽车和锂电汽车，燃料电池汽车中的成本部分有71%与其燃料电池动力系统相关，分别是燃料电池系统（63%）和车载储氢系统（8%）。在占半数以上成本的燃料电池系统中，电极、电极板、电解质膜和反应催化剂都是至关重要的核心部件。 图表 4 燃料电池汽车成本构成 氢燃料电池成本下降空间主要来源于以下几方面：催化剂、质子交换膜、双极板、制氢、储氢。 1）催化剂：目前主流是用贵金属铂，由于铂资源稀导致成本高。解决办法一方面提升铂镀层技术、减少铂用量；另一方面是研发新型催化剂代替，如今所有的替代品都处于实验室阶段，还没有有效可靠的解决方案。 2）质子交换膜：质子交换膜具有足够高的机械强度和结构强度，以及膜表面适合与催化剂结合等性能。达到燃料电池汽车质子交换膜使用要求的目前只有美国杜邦公司的Nafion质子交换膜等少数几家公司的高端产品。中国国内装配燃料电池所用的质子交换膜主要依靠进口， 3）双极板：目前石墨双极板是主流应用，加工成本高，约占极板成本80%，同时加工时间长，限制了大规模供应。 4）制氢：目前制氢多采用电解盐水、冶炼等高碳排放技术，由于该种制氢方法成本高，效率相对较低，同时碳排放量大，也在一定程度上限制了氢燃料电池汽车的产业化。 随着全球氢社会建设的加快，氢消费量也将快速增加，从 2015 年的小于 1 万亿上升到 2050 年的6.5 万亿左右。在此期间，氢的价格也会逐渐下降。根据日本新能源产业技术综合开发机构的测算，刨除加氢站的利润，2013年的供氢成本为 1 立方米 120 日元左右，而这个价格在 2015 年降低到 90 日元，到 2020 年仅为 60 日元。 图表 5 供氢成本下降趋势（单位：日元/立方米） 数据来源：日本新能源产业技术综合开发机构、一览众咨询 5）储氢：氢气要安全储藏和运输成本相对于普通能源要高很多。丰田Mirai中设计了一大一小两个储氢罐，通过高压的方式尽可能多充入一些氢气。以目前的主流储存技术，丰田选用了700个大气压的高压储气罐，两个储氢罐一共的容量是122.4升，采用700个大气压储存，能容纳约5公斤的氢气，续航里程达到650km。目前，欧日储氢技术已达到成熟水平，但安全性问题仍没有得到可靠的解决。 在汽车领域，燃料电池系统的高成本增加了整个汽车的成本，未来的主攻方向是如何在减小成本的同时延长使用寿命。降低燃料电池系统的成本从理论上讲是可行的，并且很大程度上决定了整个汽车的成本。但是高压罐的成本却很难下降，因为高压罐的成本很大程度上取决于昂贵的复合材料，所以目前的研发重点集中在降低高压罐的复合材料成本。电池和电力控制系统的成本随着技术的进步都会有一定的下降，因为材料的限制不会下降得太多，但是高技术的融入会延长电池使用寿命，从而提高整个汽车的使用性能。 图表 6 氢燃料电池汽车成本预测
2015年，丰田公司宣布最新的氢燃料电池汽车在试运行期价格是6万美元，但是该价格可能主要反映的是客户的支付意愿，而不是生产汽车的成本，因为氢燃料电池汽车目前主要是针对高收入群体和汽车技术爱好者，并且要求在居住地附近有相应的加氢站。 加氢设施建设情况 除技术、寿命、成本等因素外，加氢站的数量将是影响燃料电池汽车产业化的另一重要因素。全球加氢设施的发展主要集中在三大区域：北美、欧洲和日本，整个加氢站建设的密度将与燃料电池汽车的市场导入量相匹配。目前而言，中国仅有一个加氢站，加氢站不仅远远低于美国数量，也远远低于临近的韩国和日本。 2015年全球加氢站建设迈入新阶段，新增54座加氢站，其中日本新增加氢站28座，是新建数目最多的国家，显示出日本对氢燃料电池汽车发展的支持力度。截止2015年底，全球共有214座加氢站正在运营。其中亚洲67座，欧洲97座，北美50座，南美1座，澳大利亚1座。 图表 7 全球主要国家加氢站规划建设数量 2016年3月日本经济产业省宣布，为普及燃料电池车，计划到2025年度使供给其燃料的加氢站增至320处。这一数量相当于目前的4倍。燃料电池车力争到2025年在日本国内售出20万辆，到2030年售出80万辆。通过提出政府目标，以补贴和放宽限制等政策来扶持降低成本的做法，经产省打算加速普及燃料电池车。 根据计划，加氢站设置成本将从目前的约4亿日元降至2亿日元左右（约合人民币1159.7万元），与欧美不相上下，让加氢站在本世纪20年代后半期达到在没有政策扶持的情况下也能盈利的程度。燃料电池车价格到2025年将降到200多万日元，促使普通消费者也购买。 加氢站的建设仍为各国政府主导，同时车企也加入其中，包括丰田、现代、宝马、奔驰等车企也开始规划建设充电站。 图表 8 主要燃料电池车企业均布局加氢站的建设 燃料电池汽车市场运行情况 欧美日等国家均制定了氢燃料电池汽车（FCV）发展战略，在FCV的研发上投入资金，修建加氢站等基础设施，并出台优惠政策，鼓励消费者购买FCV。 日本不仅在氢能利用方面技术领先，并且计划构建一个以氢能为主要能源的清洁城市；同样的，日本在FCV的研发上，走在了世界前列。日本计划到2020年东京奥运会开幕，修建的加氢站将形成一张网络，覆盖以东京、大阪为代表的城市带。与此同时，日本政府正加大消费者购买FCV的补贴力度，并表示到2025年，将FCV的市场价格降至2万美元。 欧洲方面，以英国、丹麦为代表的国家，正加快推进加氢站的建设。如今，丹麦已基本实现加氢站全覆盖；英国、德国也在提高加氢站的资金投入和地域覆盖。特别是英国，在政策上大力支持FCV，并计划至2030年，生产、销售160万辆FCV。 车企方面，世界主要汽车制造商均设定了氢燃料电池汽车（FCV）的商业化时间，目前市面上能买到的FCV仅有3款，分别是丰田Mirai、本田Clarity、现代ix35FC。 图表 9 已量产燃料电池汽车
目前我国燃料电池车仍在开发及测试阶段，距离量产仍有较长年时间，与国外企业的技术水平仍然有较大的差距。国内涉及燃料电池的有上汽、长安、一汽、江淮、广汽、奇瑞、宇通、福田等较大企业，科研机构也仅限于清华大学、同济大学等有较强实力的科研院校，产业的活跃度不够。 2016年5月中国国家发改委、国家能源局下发了《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，并同时发布了《能源技术革命重点创新行动路线图》。该《计划》列举了包括“先进储能技术创新”、“氢能与燃料电池技术创新”、“能源互联网技术创新”等15项重点任务。而《路线图》则明确了上述15项重点任务的具体战略方向、创新目标及创新行动。未来几年，燃料电池汽车领域更多地利好政策将会持续出现，届时将会增大行业的发展动力。 燃料电池车初期售价可能会偏高，不过随着技术逐步成熟，加上有政府补贴或免税等优惠，价格将会慢慢进入大众可接受范围之内。考虑到燃料电池高效、环保及安全等诸多优点，氢燃料电池车仍然值得我们期待。 国内燃料电池相关企业 全球以燃料电池为主营业务的厂商不多，主要集中在欧美国家和日本。除此之外，各大车厂都有燃料电池研发和生产部门，为燃料电池汽车配套。主流的燃料电池厂商包括美国Fuel Cell Energy、美国BE布鲁姆能源、加拿大Ballard、美国Plug Power等。国内相关企业有大连新源动力、上海神力科技、江苏氢阳能源、北京亿华通，重塑，康诺，弗尔赛等。 图表 10 国内燃料电池产业链企业及产品 资料来源：一览众咨询
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