鉅大LARGE | 點擊量：2346次 | 2018年07月15日
燃料電池核心技術(shù)決定成敗
近年來，各國政府對加氫站及相關(guān)氫基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，不斷推動燃料電池市場的發(fā)展。根據(jù)相關(guān)發(fā)展報告的統(tǒng)計，2013年全球燃料電池出貨量為50050臺，按每年49.1%的復(fù)合年增長率計算，到2020年的時候其出貨量預(yù)計將達到790450臺。從產(chǎn)能數(shù)據(jù)看，2013年全球燃料電池產(chǎn)能達215.3兆瓦，如果按每年22.6%的復(fù)合年增長率計算，全球燃料電池產(chǎn)能在2020年預(yù)計將達到664.5兆瓦。
目前，燃料電池主要應(yīng)用于固定式電源、便攜式電源及交通運輸?shù)确矫妗Ｔ诟鞣N應(yīng)用領(lǐng)域中，便攜式燃料電池占主導(dǎo)地位，其出貨量占出貨總量的71.2%。但在生產(chǎn)功率方面，固定式燃料電池所占的比例較大，約為58.1%。車用燃料電池雖然在燃料電池產(chǎn)業(yè)中的占比很少，但占據(jù)著重要地位。在過去，耐久性，低溫工作性能以及成本是阻礙燃料電池發(fā)展的三大障礙。經(jīng)過過去20年的發(fā)展，燃料電池技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，燃料電池供應(yīng)鏈也逐步成型，耐久性以及低溫工作性能問題已經(jīng)得到解決。
國內(nèi)外市場分析：
目前，燃料電池市場技術(shù)高度集中，PlugPower公司、BallardPowerSystems公司和FuelCellEnergy這三家公司，占據(jù)了全球燃料電池市場的過半份額。
【PlugPower：訂單驅(qū)動高速發(fā)展】
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
PlugPower是1999年成立的專注于設(shè)計、開發(fā)、制造和銷售用于物料搬運叉車的燃料電池系統(tǒng)的供應(yīng)商，是目前全球較大的燃料電池集成系統(tǒng)商。該公司的主要產(chǎn)品為質(zhì)子交換膜燃料電池和燃料加工技術(shù)和燃料電池/蓄電池混合動力技術(shù)。
Plug公司有一定數(shù)量的基本專利，從1997年開始到2000年申請專利迅速增長，而其后維持在較高量上波動，而從2003年開始專利數(shù)量急劇萎縮，特別是從2008年開始到2012年間公司幾乎沒有申請專利。結(jié)合公司的研發(fā)支出來看，和專利申請基本保持一致。從2008年到2012年公司研發(fā)支出都在2千萬美元以下，大大低于高峰時期的6千萬美元，故而認為公司從1997年到2007都處于研發(fā)階段，而從2009年開始則轉(zhuǎn)向?qū)＠袌龌?/p>
Plug公司的專利，主要涉及了燃料處理系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)、燃料電池組件、質(zhì)子交換膜燃料電池等技術(shù)，從此我們可以推斷公司的核心專利技術(shù)也是圍繞在以上幾個專利。雖然公司目前重心位于系統(tǒng)組裝，但始終掌握著燃料電池的相關(guān)技術(shù)，因此公司始終手握燃料電池技術(shù)層面的話語權(quán)。
目前Plug的制造水平可達到年產(chǎn)量一萬臺，意味著超過2億美元的年收入。而這些收入還未包括Plug新推出的GenKey中的后續(xù)服務(wù)收入。2013年，Plug共收到6180萬美元的訂單，相比往年有巨大的增幅，而80%的訂單是在2013年的最后一個季度收到的，訂單呈現(xiàn)爆炸式的增長。隨著沃爾瑪最近一份兩年1700臺的訂單，預(yù)計Plug將迎來前所未有的發(fā)展高度。
【BallardPowerSystems：技術(shù)雄厚的電池供應(yīng)商】
巴拉德動力系統(tǒng)公司是一家成立于1979年的加拿大公司，公司從1983年開始研發(fā)燃料電池。從2007年到2009年，公司完成了從長期、高成本的汽車燃料電池研發(fā)轉(zhuǎn)向清潔能源燃料電池產(chǎn)品的市場化。目前公司的主要業(yè)務(wù)是質(zhì)子交換膜燃料電池產(chǎn)品(包括燃料電池堆、模塊和系統(tǒng))的設(shè)計、開發(fā)、制造和服務(wù)，專注于商用市場(電信備用電源、物料搬運和工程服務(wù))和開發(fā)階段市場(公車、分布式發(fā)電和連續(xù)電源等)。迄今為止，公司氫燃料電池的出貨量接近150MW，是目前當之無愧的氫燃料電池界翹楚。
巴拉德公司提供多種產(chǎn)品來覆蓋不同的需求，其產(chǎn)品覆蓋了固定式領(lǐng)域和交通運輸領(lǐng)域的主要應(yīng)用市場，公司燃料電池產(chǎn)品分為燃料電池堆、模塊和系統(tǒng)三部分。
巴拉德公司最早在1990年申請了專利，此后從1996年開始迅速上升到2001年達到了專利申請的最高峰，在急速上升之后，2004年開始出現(xiàn)了快速下滑，并于2005年跌幅漸緩。
巴拉德公司技術(shù)重點集中在燃料電池電解質(zhì)、固態(tài)氧化物電解質(zhì)電池、燃料電池供應(yīng)設(shè)備、用于壓力控制的燃料電池輔助裝置或方法、質(zhì)子交換膜燃料電池等方面。
【FuelCellEnergy：固定式燃料電池標兵】
FuelCellEnergy是一家全球領(lǐng)先的綜合性燃料電池公司，主要從事固定式燃料電池的研究，主要產(chǎn)品是可用于現(xiàn)場發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)及分布式發(fā)電的MCFC。產(chǎn)品主要服務(wù)于電力實業(yè)、商業(yè)和企業(yè)、政府機構(gòu)等。目前公司產(chǎn)品DFC發(fā)電廠已在全球超過50個地點產(chǎn)生超潔凈、高效和可靠的電力。公司已經(jīng)生產(chǎn)超過1.5十億千瓦時的超清潔電力，且擁有超過300兆瓦的發(fā)電裝機容量。
FuelCellEnergy公司主要產(chǎn)品為DFC系列發(fā)電產(chǎn)品，主要用作首要電源和熱電聯(lián)產(chǎn)以及分布式發(fā)電，公司產(chǎn)品的輸出跨度極廣，從幾百千瓦到數(shù)兆瓦都有提供，而這樣的輸出在其他同類產(chǎn)品中又處于較高水平，因此DFC產(chǎn)品在固定式燃料電池領(lǐng)域極具競爭力。
通過對三家公司分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，成功的燃料電池企業(yè)必定是技術(shù)密集型，核心技術(shù)起到了對公司主要產(chǎn)品強大的支撐力，有技術(shù)方能有產(chǎn)品，而技術(shù)的形成則基于公司對市場的準確判斷。從與其他行業(yè)獲批專利的對比中，我們也不難發(fā)現(xiàn)這一點，燃料電池行業(yè)的專利技術(shù)數(shù)量遠遠高于其他行業(yè)，這無疑印證了燃料電池行業(yè)是一個技術(shù)密集行業(yè)的說法。
從國內(nèi)市場來看，目前氫燃料電池領(lǐng)域掌握技術(shù)領(lǐng)先的公司主要有中科同力化工材料有限公司和新源動力股份有限公司，但這兩家公司目前均未上市。
【中科同力：以質(zhì)子膜技術(shù)為核心】
上海中科同力化工材料有限公司成立于2002年2月，由中國科學院上海有機化學研究所、上海同濟科技實業(yè)股份有限公司以及上海神力科技有限公司等共同組建。公司主要致力于研制和生產(chǎn)國產(chǎn)質(zhì)子膜燃料電池汽車核心部件——質(zhì)子膜，質(zhì)子膜燃料電池已經(jīng)同濟大學研制成功并投放市場。
【新源動力：國內(nèi)最大燃料電池企業(yè)】
新源動力股份有限公司主要從事質(zhì)子交換膜燃料電池及組件的研制生產(chǎn)，被國家授予“燃料電池及氫源技術(shù)國家工程研究中心”，是目前國內(nèi)燃料電池領(lǐng)域規(guī)模最大的企業(yè)。新源動力股東：上汽集團、長城電工、南都電源、新大洲A分別持有新源動力34.2%、9.0%、8.1%和3.4%的股權(quán)。
政策驅(qū)動企業(yè)加大研發(fā)
“十二五”期間，我國科技部預(yù)算投入2億多元用于燃料電池汽車研發(fā)。也許這2億元并不是一個非常龐大的數(shù)字，但是在國家的引領(lǐng)下，相關(guān)企業(yè)增加研發(fā)投入，是推動我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本動力，目標為降低氫燃料電池的發(fā)電成本。
近年來，我國已經(jīng)初步建立起涵蓋燃料電池，動力電池，DCDC轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動電機，儲氫系統(tǒng)以及其他部件與零件在內(nèi)的研發(fā)體系，目前已有超過100個動力系統(tǒng)以及車輛于中國成功生產(chǎn)。
根據(jù)現(xiàn)今技術(shù)水平，燃料電池的鉑消耗量下降到0.3g/kW，系統(tǒng)成本降至$500-1000/kW，耐久性已可達10年，冷啟動溫度可達-30℃。預(yù)計2015年到2025年間，燃料電池技術(shù)將走向工藝發(fā)展期。2025年后，燃料電池將得到廣泛普及。
核心技術(shù)決定未來發(fā)展
相比發(fā)達國家，我國燃料電池企業(yè)目前仍然存在以下問題：
（1）本土的燃料電池電堆輸出功率僅為53kW左右，落后于發(fā)達國家的80-100kW
（2）本土車用燃料電池發(fā)動機的壽命僅為2000h，落后于國外的5000h。
（3）掌握了-10℃冷啟動技術(shù)，正在開發(fā)-20℃冷啟動技術(shù)，但與國外-30℃冷啟動仍存在差距。
（4）主要由于包括質(zhì)子交換膜，碳紙，鉑催化劑，高純度石墨等關(guān)鍵材料都依賴于進口，本地系統(tǒng)生產(chǎn)成本高。
（5）不具備成熟的配套產(chǎn)品開發(fā)能力，包括空壓機，增濕器，氫循環(huán)設(shè)備等。
（6）中國的系統(tǒng)整合能力較弱，電氣性能以及壽命不足。
在此背景下，預(yù)計發(fā)展中國家的新能源產(chǎn)業(yè)的落后現(xiàn)狀仍將是全球燃料電池市場全面發(fā)展的限制因素。
可喜的是，近年來我國科研機構(gòu)也在不斷突破燃料電池技術(shù)難關(guān)，探尋未來發(fā)展方向。
日前，武漢理工新能源公司“低成本燃料電池關(guān)鍵技術(shù)”項目，通過了湖北省科技廳組織的專家驗收。該研發(fā)團隊成功研制出以CCM膜電極和金屬雙極板為標志的第二代車用燃料電池電堆，功率密度高達2.7千瓦/升以上，滿足整車性能要求，同時貴金屬催化劑鉑用量可降低到約10g/臺車，僅僅比車用尾氣催化劑中貴金屬用量稍高，使燃料電池電堆成本得到有效控制，研究成果達到國際先進水平。
筆者認為，未來燃料電池技術(shù)的突破可能是促進中國燃料電池技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。同時，加氫站的布局，或許也將制約我國燃料電池產(chǎn)業(yè)，特別是燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
