1.1.燃料電池發(fā)電:環(huán)保高效，優(yōu)勢明顯

燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒過程的高效電化學(xué)能轉(zhuǎn)換裝臵。利用水的電解的逆反應(yīng)，將氫氣(等燃料)和氧化劑中的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能。燃料電池的工作原理:H2到達(dá)氣體擴(kuò)散層后，在催化劑作用下氧化成H+和e-，H+通過電解質(zhì)膜與在陰極的O2反應(yīng)生成水，在陽極產(chǎn)生的e-則通過外電路從陽極流向陰極，從而形成電流。在燃料電池的反應(yīng)中，氫氣作為燃料被消耗，而電能的產(chǎn)生取代了熱能的釋放。

效率高，更環(huán)保，燃料電池發(fā)電優(yōu)勢明顯。對比傳統(tǒng)石化燃料的發(fā)電方式，燃料電池主要具有八點優(yōu)勢:

1)發(fā)電效率高。不受卡諾循環(huán)限制，理論發(fā)電效率能達(dá)到85%-90%，目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率能達(dá)到40-60%，若實現(xiàn)熱電連供則能實現(xiàn)80%以上。

2)環(huán)境污染小。若以天然氣做燃料，CO2排放比熱機減少40%;避免高溫燃燒過程幾乎不會排放NOx和SOx。

3)比能量高。液氫燃料電池比能量是鎳鎘電池的800倍，目前燃料電池實際比能量只有理論值的1/10，但是仍高于一般電池。

4)噪音低。燃料電池結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，即使在11MW級別燃料電池發(fā)電廠附近，所測得噪音也低于55dB。

5)燃料范圍廣。只要含有氫原子的物質(zhì)都可以作為燃料，例如:天然氣、石油、酒精、甲醇等。

6)可靠性高。當(dāng)負(fù)載變動時，燃料電池響應(yīng)快，無論出于過載或低載運行，都能較好承受且保證效率。

燃料電池的缺點主要在成本較高，對燃料的要求較高。燃料電池的價格是其他發(fā)電機組(內(nèi)燃機、燃?xì)廨啓C)的2~10倍，燃料氫氣等的制備也相對較為復(fù)雜。

1.2.燃料電池分類:質(zhì)子交換膜燃料電池最適合用于汽車

燃料電池通常按電解質(zhì)種類分類，質(zhì)子交換膜燃料電池前景廣闊，最適用于汽車等移動交通工具。主要有以下六種:

堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池

(DMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SPFC)六種，主要特點如表1所示。

直接甲醇燃料電池(DMFC)不直接使用氫氣作為燃料，而是使用了液態(tài)甲醇，這種電池的功率很低，但作為可移動電子設(shè)備的電源仍有很大潛力，可應(yīng)用于需長時間工作但耗電少而平穩(wěn)的設(shè)備中。

磷酸燃料電池(PAFC)是世界上廣泛應(yīng)用和最早投入商業(yè)化生產(chǎn)的燃料電池，由國際燃料電池公司(現(xiàn)為UTC燃料電池公司)和一些日本公司生產(chǎn)的200kW的燃料電池已在美國和歐洲安裝。氫燃料的問題通過重整天然氣來解決，但這也增加了設(shè)備的成本與復(fù)雜性，且這類燃料電池的電解質(zhì)對電堆的腐蝕性較強。

堿性燃料電池(AFC)的重要性相對降低，也缺少巨大的研究熱情，但這類燃料電池的電壓損失較小，且其電解質(zhì)氫氧化鉀的成本比任何一種類型的電解質(zhì)成本都低很多，但同時也存在CO2與堿性電解質(zhì)反應(yīng)的問題。

固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)在500至1000°C之間工作，這意味著無需昂貴的催化劑就能達(dá)到相當(dāng)高的反應(yīng)速率，且像天然氣這樣的氣體可以直接應(yīng)用，或者在電池內(nèi)部重組，無需一個獨立的制氫系統(tǒng)，但由陶瓷材料構(gòu)成的電池很難加工制造，生產(chǎn)成本很高，還需大量額外設(shè)備。

同樣作為中高溫燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)可以利用余溫增加效率，適用于大型電站，但高溫運作會同時帶來安全隱患。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是目前應(yīng)用前景最為廣闊的燃料電池類型，適用于汽車、移動電源、小型發(fā)布式發(fā)電、特種推動等領(lǐng)域，具有低溫快速啟動的特點，且不適用有腐蝕性的液態(tài)電解質(zhì)，但這類燃料電池直接使用氫氣作為燃料，成本與技術(shù)要求較高。

1.3.藍(lán)海市場高增速，交通領(lǐng)域應(yīng)用前景最廣闊

燃料電池歷史悠久，當(dāng)前已經(jīng)逐步具備產(chǎn)業(yè)化條件。

早在1839年，英國科學(xué)家WilliamGrove就發(fā)明氫氧氣體燃料電池。采用鉑片電極、稀硫酸做電解液。但由于質(zhì)量不高，燃料電池的輸出功率和電壓均較低而沒有得到應(yīng)用。

1900年，W.Nernst制作出第一個固體氧化物燃料電池(SOFC)。

1958年，美國通用電氣的科學(xué)家LeonardNiedrach和WillardThomasGrubb研制出世界第一個質(zhì)子交換膜燃料電池。

1983年加拿大巴拉德公司在固體電解質(zhì)材料上取得重大進(jìn)展，將電解水的Nafion膜用于燃料電池，使燃料電池功率提升千倍。

如今，燃料電池行業(yè)正處于快速導(dǎo)入期，自2009-2018年實現(xiàn)九年九倍的行業(yè)增長。根據(jù)E4Tech的報告，2009-2018年，全球燃料電池出貨量從最初的86.5MW增長至當(dāng)前(估計)的803.1MW，實現(xiàn)9年9.3倍的增長，年均復(fù)合增速約28%。2018年全球燃料電池的出貨量為7.43萬套，同比增長5.4%，對應(yīng)規(guī)模803.1MW，同比增長21.9%，2015至2017年的年增長率均在25%以上，至今仍保持快速增長。

在各類燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的應(yīng)用最多，2018年的占比達(dá)到73.4%。根據(jù)E4Tech數(shù)據(jù)，2009-2018年P(guān)EMFC出貨量從60MW增加至589.1MW，九年十倍，復(fù)合增速29%。2018年全球PEMFC出貨量589.1MW，占比73.4%，大幅領(lǐng)先第二名PAFC(97.3MW)和第三名SOFC(91MW)。出貨臺數(shù)方面，PEMFC出貨臺數(shù)從2013年略有下滑，但是單臺容量提升推動了增長。

交通運輸已逐漸成為燃料電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域。燃料電池主要在固定電站、便攜電源和交通運輸領(lǐng)域應(yīng)用，根據(jù)E4Tech提供的數(shù)據(jù)，交通運輸用途的燃料電池的全球出貨量近年來持續(xù)走高，且增幅明顯，在2018年用于交通運輸?shù)娜剂想姵匕匆?guī)模達(dá)到562.6MW，同比增長29.1%，占2018全年的全球燃料電池出貨量的70.1%，已經(jīng)成為燃料電池最廣泛的應(yīng)用市場。

2.1.商業(yè)化落地加速，清潔+加氫快是FCV的比較優(yōu)勢

燃料電池汽車是通過燃料電池發(fā)電驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)的汽車，也是電動車的一種。燃料電池汽車的工作原理為:作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來帶動電動機工作，由電動機帶動汽車中的機械傳動結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動汽車的前橋(或后橋)等行走機械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動電動汽車前進(jìn)。

燃料電池汽車相比純電動汽車有燃料清潔環(huán)保、能量密度高、補充能量快的顯著優(yōu)勢。目前氫燃料的主要來源是工業(yè)副產(chǎn)氫(焦?fàn)t氣中提取)、化石燃料(天然氣)制氫等，但未來可以利用水電、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿仍偕茉粗迫淙剂希胰剂想姵仄嚨募託鋾r間僅需3分鐘，相比純電動車動輒1小時的充能時間有著明顯的優(yōu)勢，燃料電池汽車的能量密度也更高，一輛汽車行駛500km，大約需要37L燃油、6kg氫氣或者100kWh的電能，不同儲能介質(zhì)和設(shè)備的體積重量差別很大，鋰電池的能量密度最小，燃料電池則介于鋰電池和燃油之間。燃料電池汽車具備多方面性能優(yōu)勢，未來有潛力取代純電動汽車成為未來交通工具的最佳解決方案。

目前豐田、本田、現(xiàn)代等車企在燃料電池汽車取得的成果來看，燃料電池汽車的技術(shù)已經(jīng)初步成熟，也具備了和純電動車競爭的能力，未來加氫站的建立與布局將與燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展緊密相關(guān)。

燃料電池汽車已經(jīng)發(fā)展了八十余年，在2014年隨著豐田Marai推出，實現(xiàn)了在乘用車領(lǐng)域的商業(yè)化。燃料電池汽車并不是新概念，早在1933年第一輛質(zhì)子交換膜燃料電池汽車(EnergyPartnerConsulier)問世，標(biāo)志著質(zhì)子交換膜燃料電池正式登上燃料電池汽車的歷史舞臺，并一直延用至今。在1966年美國通用汽車就開發(fā)了世界上第一輛燃料電池車(ChevroletElectrovan)，行使里程約120公里，最高速度可達(dá)70公里/小時，但成本昂貴，只生產(chǎn)了這一輛。2008年戴姆勒、福特、通用、本田、現(xiàn)代-起亞、日產(chǎn)-雷諾、豐田等七大全球汽車制造商簽署諒解備忘錄，將2015年作為大舉推進(jìn)燃料電池汽車量產(chǎn)的時間節(jié)點。在2014年，豐田推出售價約為37萬人民幣的燃料電池汽車Mirai，600公里的續(xù)航歷程、3分鐘加氫時間，宣布?xì)淙剂想姵剀噷崿F(xiàn)商業(yè)化，進(jìn)入了商業(yè)推廣階段。

2.2.政策持續(xù)加碼助推，車企發(fā)布FCV戰(zhàn)略規(guī)劃

2.2.1.美、日、歐:三個國家和地區(qū)均出臺燃料電池中長期規(guī)劃

美國非常重視新能源的建設(shè)，是最早進(jìn)行燃料電池乘用車研發(fā)的國家之一，政策也大力推動了美國燃料電池汽車的發(fā)展。目前美國能源部(DOE)和特種部(DOD)成為發(fā)展涉及氫能和燃料電池發(fā)展的兩大核心部門。早在2005年美國出臺《能源政策法》，將發(fā)展氫能和燃料電池技術(shù)的有關(guān)項目及其財政經(jīng)費授權(quán)額度明確寫入法中，今后10年間將投入123億美元支持氫能和燃料電池技術(shù)研發(fā)。2012年美國能源部(DOE)宣布將投資240萬美元用于收集和分析加氫站氫氣加注部件的數(shù)據(jù)，同年頒布新能源投資稅抵免政策，任何氫能基礎(chǔ)設(shè)施的運行均可享受30%-50%的稅收抵免。根據(jù)美國能源部燃料電池技術(shù)辦公室(U.S.DOEFCTO)2018年發(fā)布的報告，2017年底美國在氫能和燃料電池技術(shù)領(lǐng)域已累計獲得超過650項美國專利，其中大約30項技術(shù)已被工業(yè)界商業(yè)化，例如電解槽和氫能燃料電池系零部件，另外大約75項技術(shù)在未來幾年內(nèi)很可能商業(yè)化。

根據(jù)AutoAlliance/HISMarkit的數(shù)據(jù)，2018年全美燃料電池汽車?yán)塾嬩N量4819輛。同時美國在城市中心進(jìn)行了許多燃料電池客車項目，通過政府提供燃料費用和補貼來鼓勵交通公司使用燃料電池客車，通過評估這些巴士的試運營情況，評估燃料電池的系統(tǒng)運行情況，并將其中的經(jīng)驗用于下一代燃料電池系統(tǒng)，根據(jù)美國可再生能源實驗室(NREL)提供的數(shù)據(jù)，截止2018年12月11號，這項計劃共有40個燃料電池巴士項目，其中在運營12個，規(guī)劃中9個，已完成9個，正在運營的大巴數(shù)量達(dá)到了35輛，另外有39輛大巴正在制造。此外，美國在加州大力建設(shè)加氫站，截止2018年2月美國共有39座加氫站處于運營中，保有量世界第三，其中31座屬于零售站，加利福尼亞州有35座。根據(jù)外媒報道，豐田將與殼牌合作，在美國加州建造7座加氫站，兩家公司將為該項目出資1140萬美元，而加州能源委員會也將出資1640萬美元，旨在實現(xiàn)在2024年前擁有100座加氫站的目標(biāo)。

日本政府受制于能源壓力，大力推廣燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)。日本的能源結(jié)構(gòu)問題嚴(yán)峻，能源資源嚴(yán)重依賴于海外供給，存在嚴(yán)重安全風(fēng)險，根據(jù)2018年日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布的《第五期能源計劃》，由于核電發(fā)展停滯等情況惡化，日本能源自給率從2010年度的20%降至2016年度的8%左右，且政府面臨巨大減排壓力，日本一直致力于清潔可持續(xù)能源的開發(fā)利用。日本人口密度大、地域面積小，對氫能的運輸和加氫站的建設(shè)都比較有利，因此日本從2009年起，就通過購臵補貼等手段推廣燃料電池汽車的發(fā)展。

2014年日本氫能和燃料電池戰(zhàn)略委員會制定了《氫和燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，2015年NEDO發(fā)布《氫能源白皮書》，將氫能源列為第三大支柱，隨后在2017年12月發(fā)布《基本氫戰(zhàn)略》，2018年7月提出《戰(zhàn)略能源計劃》，并于2018年10月發(fā)布《東京聲明》，根據(jù)日本產(chǎn)經(jīng)省METI的計劃，日本將在2020年底之前產(chǎn)能達(dá)到4萬輛燃料電池電動汽車，到2025年將達(dá)到20萬輛，2030年達(dá)到80萬輛，豐田等車企也在推動燃料電池堆和高壓氫罐的大規(guī)模生產(chǎn)，日本政府長期、明確的發(fā)展戰(zhàn)略推進(jìn)了氫燃料電池產(chǎn)業(yè)在日本的發(fā)展，目前日本在氫燃料電池領(lǐng)域的技術(shù)在世界領(lǐng)先。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布的《氫能基本戰(zhàn)略》也明確制定了加氫站的建設(shè)目標(biāo):2020年要達(dá)到160個，2025年要達(dá)到320個，2030年要增加到900個，以推動日本邁入氫能社會。

歐盟于2008年出臺了燃料電池與氫聯(lián)合行動計劃項目(FCH-JU)，至2013年至少斥資9.4億歐元用于燃料電池和氫能的研究和發(fā)展。2014年至2020年，歐盟啟動Horizon2020計劃，在該計劃中氫和燃料電池的投入預(yù)算可能達(dá)到220億歐元。而根據(jù)2019年2月下旬歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織(FCH-JU)發(fā)布的《歐洲氫能路線圖:歐洲能源轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展路徑》，歐盟提出面向2030、2050年的氫能發(fā)展路線圖，為歐洲大規(guī)模部署氫能和燃料電池指明方向，闡明了發(fā)展氫能的社會經(jīng)濟(jì)效益:到2030年氫能產(chǎn)業(yè)將為歐盟創(chuàng)造約1300億歐元產(chǎn)值，到2050年達(dá)到8200億歐元，屆時氫氣可以提供高達(dá)24%的總能源需求，或者達(dá)到歐盟2251TWH的能源需求。

加氫站方面，根據(jù)H2stations.org發(fā)布2019年發(fā)布的第11期全球加氫站統(tǒng)計報告，截止2018年底，全球共有369座加氫站。其中歐洲152座，德國擁有的60座加氫站已經(jīng)可以像傳統(tǒng)加油站一樣使用。此外，德國已經(jīng)計劃在特定地點增加38座加油站，其中34個地點由H2MobilityGermany運營，這種規(guī)劃令德國有望保持“全球第二大加氫基礎(chǔ)設(shè)施國家”的地位，持續(xù)領(lǐng)先于美國。而根據(jù)2019年2月發(fā)布的《歐洲氫能路線圖》，至2025年歐洲將預(yù)計建設(shè)超750座加氫站，到2030年氫能產(chǎn)業(yè)將為歐盟創(chuàng)造約1300億歐元產(chǎn)值，到2050年達(dá)到8200億歐元。

2.2.2.中國政策大力支持燃料電池汽車發(fā)展

我國也對燃料電池汽車推廣發(fā)展給予了諸多政策和補貼支持。早在2009年，國家首次開始在試點城市對燃料電池乘用車和客車分別給予25萬/輛和60萬/輛的財政補貼。2011年提出對純電動汽車、燃料電池汽車和插電式混合動力汽車免征車船稅。2016年10月，中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院資源與環(huán)境分院和中國電器工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(2016)》首次提出了我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖，對我國中長期加氫站和燃料電池車輛發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃:到2020年，加氫站數(shù)量達(dá)到100座;燃料電池車輛達(dá)到10000輛;氫能軌道交通車輛達(dá)到50列;到2030年，加氫站數(shù)量達(dá)到1000座，燃料電池車輛保有量達(dá)到200萬輛;到2050年，加氫站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，燃料電池車輛保有量達(dá)到1000萬輛。2019年3月26日，四部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于于進(jìn)一步完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》，對2019年及過渡期間的新能源汽車補貼方法給出了最終指示。新能源汽車補貼的整體退坡較大，在60%以上，燃料電池汽車的補貼政策還未正式公布，在過渡期期間銷售上牌的燃料電池汽車將按2018年對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的0.8倍補貼，相對的燃料電池汽車補貼更優(yōu)渥一些，暫時沒有出現(xiàn)大幅下滑。

我國地方政府也在推出地方性政策大力推動燃料電池汽車發(fā)展。2018年廣東、上海、武漢、佛山、蘇州等10個省市出臺了燃料電池相關(guān)政策。在10個省市出臺的燃料電池政策中，廣東明確將大力推進(jìn)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化，而且明確了將省級補貼資金的30%用于支持燃料電池。廣東佛山的補貼力度最大，最高補貼可達(dá)800萬元。武漢按中央1:1補貼;上海、海南、青海按中央1:0.5補貼;重慶按中央1:0.4補貼;河南按中央1:0.3補貼。蘇州規(guī)劃到2020年，氫能產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破100億元，建成加氫站10座，氫燃料電池汽車運行規(guī)模力爭達(dá)到800輛。武漢明確了加氫站的項目選址、報建、施工、經(jīng)營全過程的審批及管理流程和相關(guān)監(jiān)管職能部門，是全國首個加氫站審批及監(jiān)管地方管理辦法。除了這10個省市出臺燃料電池規(guī)劃或補貼外，上海、大同、撫順、濟(jì)南、南通、鎮(zhèn)江、臺州、六安、武漢、新鄉(xiāng)等10多個城市正規(guī)劃建設(shè)氫能產(chǎn)業(yè)園。

2.2.3.國內(nèi)外車企紛紛加快燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃

國內(nèi)外各車企對燃料電池汽車加緊規(guī)劃布局。豐田計劃到2020年前后全球FCEV年銷量達(dá)到3萬輛以上，為提升核心零部件的產(chǎn)能，豐田在日本新建廠房用于增加氫燃料電池堆的產(chǎn)能，并新建高壓儲氫罐專用生產(chǎn)線。本田則與通用合資在美國成立子公司，合作生產(chǎn)新一代氫動力燃料電池系統(tǒng)，并力爭2020年左右開始投入量產(chǎn)?，F(xiàn)代汽車集團(tuán)于2018年發(fā)布“FCEV2030規(guī)劃”，計劃在2030年前實現(xiàn)年產(chǎn)50萬輛燃料電池電動汽車的目標(biāo)，決定投資7.6萬億韓元并新增雇傭5.1萬名員工，將燃料電池電動汽車的生產(chǎn)能力從現(xiàn)在年產(chǎn)3000輛擴(kuò)大到2022年的年產(chǎn)4萬輛。而國內(nèi)汽車企業(yè)上汽、長城、東風(fēng)等也紛紛加緊布局燃料電池汽車。

2.3.燃料電池汽車處于快速引入期，海外技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)先于國內(nèi)

2.3.1.燃料電池汽車空間廣闊，增速迅猛

全球燃料電池汽車銷量仍處于極低水平，主要集中在北美和亞洲市場，且市場競爭集中。根據(jù)InformationTrends公布的數(shù)據(jù)，2013至2017年全球燃料電池乘用車?yán)塾嬩N量僅6475輛，仍處于極低水平，其中2017年銷量為3260輛，同比增長41%;市場僅有三類車型，豐田Mirai、本田Clarity和現(xiàn)代ix35分別占燃料電池乘用車總銷量的76%、13%和11%;其中從地區(qū)分布看，燃料電池乘用車銷售主要集中于北美和亞洲，銷量占比分別為53%和38%。

燃料電池汽車市場前景廣闊，MIT估計全球燃料電池銷售量在2035年超過1600萬輛。據(jù)GlobalMarketInsight的預(yù)測，全球燃料電池汽車銷量預(yù)計將在2024年前后突破30萬臺;麻省理工的研究預(yù)測全球燃料汽車市場銷售量將在2035年增至1602萬輛;InformationTrends預(yù)測燃料電池汽車將在2020年后高速增長，在2032年銷售額將達(dá)到2552億美元。

而根據(jù)GlobalMarketInsights，Inc2018年的一項調(diào)查，各大主機廠不斷增加的研究投入為燃料電池汽車的發(fā)展鋪平了道路，并通過規(guī)模效應(yīng)令其成本一路走低，與此同時，對于氫燃料電池汽車的市場需求也正持續(xù)提升，預(yù)計到2024年全球氫燃料電池汽車的市場規(guī)模將超過90億美元(約合人民幣567億元)，燃料電池汽車的盈利能力將在7年內(nèi)提升42%。

燃料電池系統(tǒng)成本將隨技術(shù)提升和規(guī)?；a(chǎn)不斷下降。根據(jù)美國能源局DOE的2020燃料電池行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在產(chǎn)量不斷提升和技術(shù)升級的影響下，燃料電池成本將不斷下降，以目前的技術(shù)水平和10萬套年產(chǎn)量的生產(chǎn)規(guī)模，燃料電池系統(tǒng)的成本為$46.16/kW，當(dāng)年生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到50萬套，燃料電池系統(tǒng)成本將在2025年降至$38.34/kW，技術(shù)提升后成本最終降為$30/kW。

2.3.2.燃料電池汽車海外車企技術(shù)布局領(lǐng)先，國內(nèi)處于追趕者行列

日系車企和韓系車企在燃料電池乘用車布局領(lǐng)先。目前世界上實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的燃料電池汽車商家主要有豐田，本田和現(xiàn)代等，根據(jù)InformationTrends提供的數(shù)據(jù)，豐田Mirai、本田Clarity和現(xiàn)代ix35分別占2017年燃料電池乘用車總銷量的76%、13%和11%，現(xiàn)代于2019年推出新一代燃料電池汽車Nexo，將續(xù)航里程提升至612km。

豐田Mirai作為第一輛實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的燃料電池汽車，在不影響車內(nèi)空間和實用性的前提下實現(xiàn)了良好性能和長距離的續(xù)航里程，其3.1kW/L功率密度的燃料電池堆重量僅56kg，體積僅37L，輸出功率卻達(dá)到了114kW，是目前世界的最高水準(zhǔn)，同時采用70MPa的高壓儲氫瓶，5kg的儲氫量實現(xiàn)更長的續(xù)航歷程。

本田也是最早涉足氫燃料電池汽車的車企之一，2016年發(fā)布了旗下首款氫動力車型ClarityFuelCell，采用和Mirai相同功率密度的燃料電池和70MPa高壓儲氫瓶，首次實現(xiàn)將燃料電池動力總成集成在發(fā)動機艙內(nèi)，相比豐田Mirai的4座位空間，本田Clarity實現(xiàn)了五座大空間，實用性進(jìn)一步增強，同時電機功率和續(xù)航里程也占有優(yōu)勢。Clarity還實現(xiàn)了平臺化，本田希望打造一個兼容燃料電池、純電、插電混動的多車型平臺，滿足多種需求的同時降低研發(fā)成本。

2013年現(xiàn)代就推出ix35燃油電池汽車，是世界上第一輛實現(xiàn)量產(chǎn)的燃料電池汽車，但因成本過高、加氫不便等原因未真正使燃料電池汽車實現(xiàn)商業(yè)化，現(xiàn)代于2019年推出了新一代Nexo，該車具備三個總儲存量為156.6L的氫氣儲罐，滿載氫氣時續(xù)航里程達(dá)到612km，這一數(shù)據(jù)與先前的兩款車型拉開差距，且總加注時間僅5分鐘，該車型還配備了多項主動安全配臵以及與自動駕駛相關(guān)的便利性配臵。

此外奔馳于2018年推出了GLCPHEV氫燃料電池車,以插電式電動技術(shù)與氫燃料系統(tǒng)做結(jié)合,進(jìn)而達(dá)成零碳排放的目標(biāo)，續(xù)航里程為481公里。此外通用和日產(chǎn)也推出了燃料電池汽車車型。

燃料電池汽車基礎(chǔ)研究：概述與市場空間

燃料電池在國內(nèi)發(fā)展緩慢，處于半停滯狀態(tài)。我國的燃料電池汽車目前仍屬于商業(yè)化發(fā)展初期，經(jīng)過近20年的研發(fā)，產(chǎn)業(yè)集群逐步形成，主要集中在遼寧、河北、山東、上海等省市。2016年我國共銷售燃料電池汽車629臺，2017年1247臺，2018年1527輛，相比海外2016年共銷售2270臺燃料電池汽車，2017年3200多臺，2018年前11個月3000多臺。從數(shù)量上看，海外優(yōu)于國內(nèi)。從結(jié)構(gòu)上看，海外燃料電池主要用于乘用車，國內(nèi)主要以客車和物流車為主，乘用車難度更高，總體來看，我國燃料電池汽車行業(yè)在材料、工藝與海外差距較大，目前仍處于試驗階段，離批量化生產(chǎn)距離較遠(yuǎn)，且在燃料電池車設(shè)計層面國內(nèi)和海外也有較大差距。

我國的燃料電池汽車以客車和物流車為主。截止到2018年底，全國超過13個城市陸續(xù)開展了燃料電池汽車示范推廣工作，2017年6月，全國首條商業(yè)化載客運營的氫能源公交示范線分別在佛山、云浮兩地運行，共計28輛車。2018年，由重塑科技等公司在上海市示范推廣運營500臺燃料電池物流車;2018年9月，上海首條燃料電池公交線路正式上線

從加氫站籌建部署情況來看，國際上加氫站的擴(kuò)張正處于持續(xù)、迅猛地向上勢頭。加氫站是為燃料電池汽車提供燃料的基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)H2Station發(fā)布的全球加氫站建設(shè)評估報告，截止2018年底，全球已建設(shè)加氫站369家，同比增長12.5%，從全球分地區(qū)加氫站的建設(shè)情況來看，以歐洲、美洲和亞洲為代表地區(qū)加氫站的建設(shè)數(shù)量不斷增加，其中前期以歐洲和美洲的建設(shè)數(shù)量較多，隨著亞洲對氫能源汽車的研發(fā)推廣，2016年后以日本和中國為代表的亞洲加氫站的建設(shè)數(shù)量不斷增加，截止2018年，歐洲、亞洲和以加州為代表的北美地區(qū)共建設(shè)加氫站153、136、78家。

我國目前的氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不發(fā)達(dá)，國家原規(guī)劃2020年建成100多家加氫站，2025年建成300家，但2018年才建成17座加氫站，其中14座在運營中。

3.1.燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈較長，燃料電池系統(tǒng)占單車成本50%

燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈條較長，燃料電池系統(tǒng)為新增的市場。我們這里暫不考察氫氣供應(yīng)環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈，燃料電池汽車本身的電驅(qū)動系統(tǒng)主要由燃料電池系統(tǒng)與驅(qū)動電機及其附件組成。

燃料電池汽車的主要成本來自于燃料電池系統(tǒng)和儲氫系統(tǒng)，占總成本的50%和14%，其中燃料電池電堆是燃料電池系統(tǒng)的主要成本支出。根據(jù)美國能源局披露的燃料電池成本情況，2018年燃料電池的成本為$46.16/kW，不同整車部件的成本構(gòu)成占比分別為:燃料電池系統(tǒng)(50%，絕大部分)、儲氫系統(tǒng)(14%)、電驅(qū)動系統(tǒng)(7%)、車身(23%)。其中，電堆成本占燃料電池成本的60%。

燃料電池系統(tǒng)成本將隨技術(shù)提升和規(guī)?；a(chǎn)不斷下降。根據(jù)美國能源局DOE的2020燃料電池行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在產(chǎn)量不斷提升和技術(shù)升級的影響下，燃料電池成本將不斷下降，以目前的技術(shù)水平和10萬套年產(chǎn)量的生產(chǎn)規(guī)模，燃料電池系統(tǒng)的成本為$46.16/kW，當(dāng)年生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到50萬套，燃料電池系統(tǒng)成本將在2025年降至$38.34/kW，技術(shù)提升后成本最終降為$30/kW。

燃料電池系統(tǒng)市場空間廣闊。根據(jù)E4Tech的報告，至2020年全球燃料電池汽車的產(chǎn)量將達(dá)到50萬輛，當(dāng)80kW的質(zhì)子交換膜燃料電池汽車年產(chǎn)量達(dá)到50萬輛，DOE估計2020年燃料電池成本目標(biāo)為$40，對應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)市場空間為16億美元，燃料電池電堆市場空間為9.6億美元，其中核心材料市場空間分別為催化劑3.68億美元、雙極板2.56億美元、質(zhì)子交換膜1.28億美元、氣體擴(kuò)散層0.80億美元、膜電極墊片0.48億美元。

燃

3.2.燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈子領(lǐng)域競爭概況

3.2.1.電堆:海外車企布局領(lǐng)先，國內(nèi)產(chǎn)品批量較少

電堆是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場所，也是燃料電池動力系統(tǒng)的核心，由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成。將雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。電堆工作時，氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

乘用車因為空間限制，目前只能采用高壓金屬板電堆的技術(shù)方案。國外乘用車廠大多自行開發(fā)電堆，并不對外開放，例如豐田、本田、現(xiàn)代等。也有少數(shù)采用合作伙伴的電堆來開發(fā)發(fā)動機的乘用車企業(yè)，例如奧迪(采用加拿大巴拉德定制開發(fā)的電堆)和奔馳(采用奔馳與福田的合資公司AFCC的電堆)。目前國外可以單獨供應(yīng)車用燃料電池電堆的知名企業(yè)主要有加拿大的Ballard和Hydrogenics，歐洲和美國正在運營的燃料電池公交車絕大多數(shù)采用這兩家公司的石墨板電堆產(chǎn)品，已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)千萬公里、數(shù)百萬小時的實車運營考驗，這兩家加拿大電堆企業(yè)都已經(jīng)具備了一定產(chǎn)能，Ballard還與廣東國鴻設(shè)立了合資企業(yè)生產(chǎn)9SSL電堆。此外還有一些規(guī)模較小的電堆開發(fā)企業(yè)，例如英國的Erlingklinger、瑞典的PowerCell、荷蘭的Nedstack等，在個別項目有過應(yīng)用，目前產(chǎn)能比較有限。

國內(nèi)能夠獨立自主開發(fā)電堆并經(jīng)過多年實際應(yīng)用考驗的只有大連新源動力和上海神力兩家企業(yè)。大連新源動力采用的是金屬板和復(fù)合板的技術(shù)路線，與上汽合作，開發(fā)了榮威950乘用車和上汽V80客車。上海神力成立于1998年，是中國第一家專業(yè)的燃料電池電堆研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，目前兩家都建成了燃料電池電堆中試線，正處于從小批量到產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵階段。另外有一些新興的燃料電池電堆企業(yè)，例如弗爾塞、北京氫璞、武漢眾宇等，也開發(fā)出燃料電池電堆樣機和生產(chǎn)線，正處于驗證階段。

根據(jù)E4Tech的報告，至2020年全球燃料電池汽車的產(chǎn)量將達(dá)到50萬輛，此產(chǎn)能下美國能源局DOE2020年燃料電池成本目標(biāo)為$40，對應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)市場空間為16億美元，而燃料電池電堆的成本支出占總電池系統(tǒng)的60%，則至2020年燃料電池電堆市場空間將達(dá)到9.6億美元。

3.2.2.催化劑:降低鉑含量是研發(fā)重點，海外企業(yè)領(lǐng)先國內(nèi)

質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化進(jìn)程中的主要阻礙之一是價格高昂的貴金屬催化劑，鉑載量如今已大幅下降，減少鉑的使用量是降低催化劑成本的有效途徑，未來研究重點是催化劑超低鉑或無鉑。由于鉑資源具有稀缺、昂貴的屬性，大量的研究工作仍集中于降低鉑載量、增強催化劑的耐久性、或是開發(fā)新的催化劑來替代鉑的使用。

減少鉑的使用量是降低催化劑成本的有效途徑。根據(jù)DOE統(tǒng)計，如果以現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行燃料電池汽車商業(yè)化，燃料電池對Pt資源的需求將遠(yuǎn)超過世界年產(chǎn)量，針對燃料電池催化劑的研究目前主要集中在以下幾個方面:一是提高催化劑活性和穩(wěn)定性通過對鉑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，減小催化劑的粒子直徑、使其均一分散來擴(kuò)大催化面積，還可以通過減小催化劑厚度的方法提高反應(yīng)性;二是改進(jìn)鉑材料的利用率，可以通過鉑與其它金屬形成合金來制造催化劑，目前大多采用鉑與釕的合金來解決，或者將鉑的活性組分擔(dān)載在載體上，主要以碳載體為主;三是研究鉑以外的新材料，例如氧化鉬、鈷、石墨烯-碘等物質(zhì)，但是技術(shù)尚未成熟，工業(yè)化應(yīng)用前景較低。

在燃料電池催化劑領(lǐng)域，海外企業(yè)處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)，而且性能穩(wěn)定。其中英國JohnsonMatthey和日本Tanaka(本田燃料電池車Clarity催化劑供應(yīng)商)是全球鉑催化劑的巨頭。

我國催化劑核心材料長期依賴高成本進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國氫能源產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展。唯一的上市標(biāo)的公司貴研鉑業(yè)用催化劑開發(fā)進(jìn)展進(jìn)入實驗室放大階段，暫時還沒有產(chǎn)品應(yīng)用，2018年清華大學(xué)氫燃料電池實驗室與武漢喜瑪拉雅光電科技股份有限公司合作成立了聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊，攻克了氫燃料電池催化劑生產(chǎn)難題，未來可實現(xiàn)催化劑的量產(chǎn)。

隨著Pt用量的減少，催化劑成本將不斷下降，DOE對降低Pt用量的目標(biāo)是到2020年，燃料電池電堆的Pt用量降至0.108g/kW;至2025年催化劑用量達(dá)到降至0.065g/kW。而催化劑的規(guī)模效應(yīng)也很顯著，E4Tech預(yù)測至2020年全球燃料電池汽車的產(chǎn)量將達(dá)到50萬輛，而根據(jù)DOE在2018年的報道，年產(chǎn)量為1萬套時，催化劑的成本為$756.6/套。當(dāng)年產(chǎn)量升至50萬套，催化劑成本支出將降至$492.3/套，屆時Pt的市場空間將達(dá)到$3.68億。

燃料電池汽車基礎(chǔ)研究：概述與市場空間

燃料電池汽車基礎(chǔ)研究：概述與市場空間

3.2.3.雙極板:石墨雙極板已經(jīng)國產(chǎn)化，金屬雙極板仍存差距

雙極板的基體材料的選擇直接影響燃料電池的電性能和使用壽命，是燃料電池的關(guān)鍵組件之一。其主要起到起輸送和分配燃料、在電堆中隔離陽極陰極氣體的作用。雙極板占整個燃料電池重量的60%，成本的13%。根據(jù)基體材料的不同，雙極板可以分為石墨雙極板、金屬雙極板和復(fù)合材料雙極板。

石墨雙極板已實現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用，目前已實現(xiàn)國產(chǎn)化。目前主流供應(yīng)商有美國POCO、SHF、Graftech、日本FujikuraRubberLTD、KyushuRefractories、英國Bac2等。國產(chǎn)廠商主要有杭州鑫能石墨、江陰滬江科技、淄博聯(lián)強碳素材料、上海喜麗碳素、南通黑匣、上海弘楓等。

金屬雙極板易于批量化生產(chǎn)降低成本，是替代石墨雙極板的最佳選擇，目前國內(nèi)外有一定技術(shù)差距。豐田Mirai、本田Clarity和現(xiàn)代NEXO等乘用車均采用金屬雙極板，目前金屬雙極板主要供應(yīng)商有瑞典Cellimpact、德國Dana、Grabener、美國treadstone等，國內(nèi)氫璞創(chuàng)能在各種性能指標(biāo)上已超越巴拉德，且擁有全國現(xiàn)在第一條、也是目前為止唯一一條全自動化產(chǎn)線，大部分研究機構(gòu)還處于研發(fā)試制階段，包括新源動力、大連化物所等。復(fù)合雙極板的研發(fā)目前還比較少，國內(nèi)僅有大連新源動力和武漢喜瑪拉雅等企業(yè)有所涉及，實際應(yīng)用情況還未見報導(dǎo)。

3.2.4.質(zhì)子交換膜:海外公司技術(shù)領(lǐng)先已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)仍處研發(fā)階段

目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜有全氟磺酸膜和復(fù)合膜。質(zhì)子交換膜是燃料電池關(guān)鍵材料，其作用是在反應(yīng)時，只讓陽極失去電子的氫離子透過到達(dá)陰極，但阻止電子和其他分子通過，主流的質(zhì)子交換膜在高溫時易發(fā)生化學(xué)降解，傳導(dǎo)性變低，因此各機構(gòu)也在研究其他類型的膜，包括高溫膜、堿性膜等。

全氟磺酸膜已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其供應(yīng)商集中于日本和歐美國家，其中應(yīng)用最廣泛的是美國科慕公司的Nafion系列膜，國內(nèi)能夠批量化供應(yīng)只有山東東岳，其產(chǎn)品已進(jìn)入奔馳的供應(yīng)鏈體系。此外國內(nèi)的武漢理工新能源公司、上海神力科技、大連新源動力和三愛富都有均質(zhì)膜的生產(chǎn)能力，武漢理工的產(chǎn)品還出口國外。

在復(fù)合膜方面，戈爾占據(jù)的全球市場份額最高，其Select復(fù)合膜廣泛應(yīng)用于燃料電池，豐田Mirai、本田Clarity和現(xiàn)代ix35均采用戈爾Select系列膜，國內(nèi)武漢理工已向國內(nèi)外數(shù)家研究單位提供測試樣品;大連化物所、上海交大也在質(zhì)子交換膜的研究領(lǐng)域有所突破。

隨著燃料電池批量化生產(chǎn)，質(zhì)子交換膜生產(chǎn)成本降幅明顯。根據(jù)E4Tech的報告，至2020年全球燃料電池汽車的產(chǎn)量將達(dá)到50萬輛，而美國能源局DOE在2018年預(yù)測在實現(xiàn)能產(chǎn)量50萬套燃料電池系統(tǒng)時，質(zhì)子交換膜支出成本將達(dá)到$16/m2，市場空間將擴(kuò)大為$1.28億。

3.2.5.膜電極:已經(jīng)逐步國產(chǎn)化，但仍落后于外資

膜電極是電化學(xué)反應(yīng)的核心部件。由電催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層組成。

國產(chǎn)膜電極性能與國際水平接近，但專業(yè)特性上(例如鉑載量、啟停、冷啟動、抗

反極等)與國際水平還有一定差距。批量化生產(chǎn)工藝和裝備差距較大，國外已實現(xiàn)

連續(xù)化生產(chǎn)。隨著國內(nèi)市場的快速增長，國內(nèi)工程化和質(zhì)量控制的差距有望進(jìn)一步

縮小。

膜電極國內(nèi)外存在一定技術(shù)差距。國外膜電極的供應(yīng)商主要3M、JohnsonMatthey、Gore、Ballard等。豐田、本田等乘用車企業(yè)自主開發(fā)了膜電極，但不對外銷售。國內(nèi)專業(yè)的膜電極供應(yīng)商主要是武漢理工新能源，其產(chǎn)品大部分出口到美國的PlugPower公司，大連新源實現(xiàn)自主生產(chǎn)，主要是自用為上汽的發(fā)動機配套。此外昆山桑萊特、南京東焱氫能、蘇州擎動等企業(yè)都開發(fā)了膜電極的樣品，但未形成量產(chǎn)。

膜電極生產(chǎn)成本規(guī)?；?yīng)明顯。根據(jù)E4Tech的報告，至2020年全球燃料電池汽車的產(chǎn)量將達(dá)到50萬輛，在這一產(chǎn)能規(guī)模下美國能源局預(yù)測膜電極的成本支出將降至$100/m2，膜電極墊片的市場空間將達(dá)到0.48億美元。

3.2.6.氣體擴(kuò)散層:海外壟斷，國內(nèi)處于研發(fā)階段

氣體擴(kuò)散層是加工費用主導(dǎo)成本的部件，氣體擴(kuò)散層主要作用是為參與反應(yīng)的氣體和生成的水提供傳輸通道，并支撐催化劑，因此，擴(kuò)散層基底材料的性能將直接影響燃料電池的電池性能。氣體擴(kuò)散層主要利用炭紙、炭纖維布、無紡布和炭黑紙等，有的利用泡沫金屬、金屬網(wǎng)等來制備。根據(jù)StrategicAnalysis2014年發(fā)布的數(shù)據(jù)，當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模從1000套提升到50萬套時，成本會從$2,661/套降到$102/套。

目前氣體擴(kuò)散層的生產(chǎn)主要由國際大廠壟斷，如日本東麗、加拿大Ballard、德國SGL等。東麗目前占據(jù)較大的市場份額，生產(chǎn)的炭紙具有高導(dǎo)電性、高強度、高氣體通過率、表面平滑等優(yōu)點，但由于其脆性大而不能連續(xù)生產(chǎn)的特點導(dǎo)致其難以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，極大地限制了供應(yīng)量的增長。我國對炭紙的研發(fā)主要集中于中南大學(xué)、武漢理工大學(xué)以及北京化工大學(xué)等高校，國內(nèi)江蘇天鳥具備優(yōu)秀的碳纖維織物的生產(chǎn)能力，但由于燃料電池市場太小，尚無量產(chǎn)計劃。

3.2.7.儲氫裝臵:低溫液態(tài)是發(fā)展方向，國產(chǎn)化進(jìn)程較高

車載儲氫技術(shù)是氫燃料電池車發(fā)展的關(guān)鍵，直接影響氫燃料電池汽車的續(xù)航里程和成本等。氫燃料電池車載儲氫技術(shù)主要包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫、固體儲氫和有機液體儲氫等。其中，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛、成本低，是目前儲氫應(yīng)用的主要方式。而僅從質(zhì)量和體積儲氫密度分析，低溫液態(tài)儲氫是比較理想的儲氫技術(shù)，是未來重要的發(fā)展方向，它的運輸能力是高壓氣態(tài)氫氣運輸?shù)氖兑陨希膳浜洗笠?guī)模風(fēng)電、水電、光電電解水制氫儲運。

當(dāng)前高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)比較成熟，是目前最常用的儲氫技術(shù)。該技術(shù)是采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里。目前，高壓氣態(tài)儲氫容器主要分為純鋼制金屬瓶(I型)、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶(II型)、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶(III型)及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶(IV型)4個類型。由于高壓氣態(tài)儲氫容器I型、II型儲氫密度低、氫脆問題嚴(yán)重，車載儲氫瓶大多使用III型、IV型兩種容器。

III型為金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶，是目前我的國發(fā)展重點，已開發(fā)35MPa和70MPa，技術(shù)和產(chǎn)品成熟，其中35MPa已被廣泛應(yīng)用于氫燃料電池車，70MPa剛開始推廣，國外的技術(shù)已經(jīng)成熟，但車用以IV型為主。IV型則為塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶，相比III型有明顯的成本低、輕量化優(yōu)勢，國內(nèi)目前仍處于研發(fā)階段，國外的乘用車以該類型為主，美國的技術(shù)已經(jīng)全球領(lǐng)先，已成功研制多種不同規(guī)格型號的纖維全纏繞高壓儲氫氣瓶。