氢燃料电池产业链分析（3）中游集成

产业链中游是将上游的材料和部件进行组装，集成到燃料电池系统。燃料电池系统分为燃料电池电堆和辅助子系统两大部分。其中燃料电池电堆中的核心材料分为膜电极（MEA）、双极板及其他部件。辅助子系统包括了供氢子系统、供气子系统、水管理系统、热管理系统、探测器、系统控制等部件。

图1 燃料电池系统组成

1 膜电极--有序化膜电极是发展方向

膜电极是电化学反应的核心部件，由电催化剂、质子交换膜、气体扩散层组成。膜电极组件直接影响到燃料电池的成本，燃料电池大量使用贵金属铂作为催化剂的活性成分，成为燃料电池成本居高不下的重要因素。

技术上看，膜电极技术经历了几代革新，大体上可以分为热压法、CCM法和有序化膜电极三种类型。膜电极的材料、结构及操作条件等决定着其电化学性能。膜电极结构的有序化使得电子、质子气体传质高效通畅，对提高发电性能和降低PGM的载量提供了新的解决方案。有序化膜电极是下一代膜电极制备技术的主攻方向。

2 成本--规模效应与技术进步驱动成本下降

燃料电池系统成本构成中，假设年产量为50万套，催化剂、双极板、质子交换膜、空气循环系统、氢气循环系统、热力管理系统分别占电池系统成本的24%、10%、5%、21%、5%、9%。

 

 

 图2 燃料电池系统成本构成（假设年产50万套）

资料来源：Strategic Analysis, Inc、DOE

图3 燃料电池系统成本将逐步下降（单位：美元/千瓦）

资料来源：DOE

规模效应与技术进步是促进燃料电池成本逐步下降重要驱动因素。根据美国能源部（DOE）的测算，未来燃料电池系统的成本将逐步下降，在年产50万套燃料电池系统情况下，其成本将从每千瓦53-55美元下降到2020 年每千瓦40美元，未来目标成本是每千瓦30美元，降幅达到43%。

催化层在电堆中的成本最高，占到电堆成本的49%，主要原因在于催化层中含有贵金属铂。在目前的技术水平下用催化层中的铂载量约为1g/kW，美国能源局（DOE）的目标是，到2020年铂用量降至每千瓦0.125g。低铂和无铂催化剂是未来技术发展方向。

参考文献：

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