燃料電池系統(tǒng)是燃料電池汽車的核心，由燃料電池堆和輔助系統(tǒng)組成，其成本約占到整車成本的63%。燃料電池系統(tǒng)中電堆的成本達(dá)到了2/3, ，燃料電堆的成本約占整個(gè)燃料電池車成本的41%，而其他的設(shè)備與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的電動電控裝置相仿。

剖析全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況

氫燃料電池的上游是氫氣供應(yīng)分為氫氣的產(chǎn)生、運(yùn)送、充氣機(jī)三部分，是為燃料氫氣而準(zhǔn)備的；中游是燃料電池系統(tǒng)主要是燃料電池組（電堆）和氫氣儲存設(shè)備及配件，電堆由雙極板、電解質(zhì)、催化劑構(gòu)成。

下游的應(yīng)用板塊則包括了固定應(yīng)用（電站、家庭應(yīng)用）、交通運(yùn)輸（運(yùn)輸車、客車、軍事運(yùn)用）和便捷式（家用或工業(yè)電子、軍事運(yùn)用）三個(gè)重要領(lǐng)域。

電池系統(tǒng)量產(chǎn)后電堆成本占比67%

燃料電池系統(tǒng)是燃料電池汽車的核心，由燃料電池堆和輔助系統(tǒng)組成，其成本約占到整車成本的63%。燃料電池系統(tǒng)中電堆的成本達(dá)到了2/3,，燃料電堆的成本約占整個(gè)燃料電池車成本的41%，而其他的設(shè)備與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的電動電控裝置相仿。

輔助系統(tǒng)：營造合適的工作環(huán)境。輔助系統(tǒng)主要包括供氫、供氧系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，為電堆提供合適的空氣、氫氣、溫度，并拉取合適的電流?？諌簷C(jī)的成本約占燃料電池系統(tǒng)的15%，僅次于電堆，乘用車上成本5~10萬元，在眾多技術(shù)路線中，離心式空壓機(jī)在密度、效率、噪聲等方面綜合效果突出，是未來的主流發(fā)展方向。目前，全球主要的供應(yīng)商有霍尼韋爾（Honeywell）、OpconAutoRotor、Vairex、Scroll等。

燃料電池堆：燃料電池系統(tǒng)的心臟

燃料電池堆：燃料電池系統(tǒng)的心臟。燃料電堆串聯(lián)了上百個(gè)燃料電芯，單個(gè)燃料電芯主要是由雙極板（作用：氫氧供給的機(jī)構(gòu)）和膜電極構(gòu)成，膜電極主要是由質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層（碳纖維膜）、鉑催化劑組成。

電堆中的成本主要是催化劑+電極（46%）、質(zhì)子交換膜（11%）、雙極板（24%）

質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的核心部件，可理解為電池的電解質(zhì)，直接影響電池的使用壽命。全球主要供應(yīng)商有杜邦、Gore、JohnsonMatthey、3M。最常用的是美國杜邦公司的Nafion質(zhì)子交換膜，Nafion膜的成本在600美元/m2，相當(dāng)于120美元/kW（用于乘用車）

質(zhì)子交換膜：性能要求高，必須具有良好的質(zhì)子電導(dǎo)率、低氣體滲透率、反應(yīng)穩(wěn)定性，足夠高的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。目前應(yīng)用以全氟磺酸型膜為主，但生產(chǎn)難度高、成本高，未來發(fā)展趨勢可分為：一是與聚四氟乙烯(PTFE)的復(fù)合膜，能改善膜的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，降低膜的成本，同時(shí)較薄的膜還改善了膜中水的分布，提高了膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。二是尋找新的低氟或非氟膜材料。采用無機(jī)酸與樹脂的共混膜，可提高膜的電導(dǎo)率及工作溫度。

雙極板：目前主要有金屬雙極板、無空石墨雙極板、石墨/樹脂復(fù)合雙極板。其中，石墨雙極板導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性比較好，但質(zhì)地較脆；金屬雙極板的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好，但密度較大；石墨/樹脂復(fù)合雙極板的韌性較好，質(zhì)量較輕。

催化劑：由于質(zhì)子交換膜電池運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)中低溫，因此，用于提升氫氣和氧氣的反應(yīng)速度，必須使用鉑系貴金屬，目前使用量在100g左右，由于鉑價(jià)格高昂，業(yè)界研發(fā)方向一方面嘗試減少鉑用量，另一方面也在努力尋找其他替代品。近年來鉑的用量已大幅減少。膜電極上鉑的負(fù)載量從10mg/cm2降到了0.02mg/cm2，鉑的負(fù)載量降低了近200倍，根據(jù)美國能源局目標(biāo)，隨著燃料電池電堆技術(shù)的創(chuàng)新，未來質(zhì)子交換膜電堆中鉑用量將有望降低至50g，而最終目標(biāo)是將用量控制在20-30g與傳統(tǒng)燃油車鉑金屬使用量基本一樣。

同時(shí)，燃料電池非鉑催化劑的研究已經(jīng)取得一定成果,但如合成困難,催化活性較低,穩(wěn)定性差等問題制約著其應(yīng)用發(fā)展,目前尚不能與傳統(tǒng)的Pt基催化劑相比。

目前燃料電池成本依然很高

在2012年，燃料電池的造價(jià)已經(jīng)由之前的2000美元/KW通過研發(fā)降至1300美元/KW，根據(jù)LuxResearch估計(jì)，目前質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)際成本在1,000-2,000美元/kW左右，汽車廠商制造燃料電池堆的價(jià)格約在50,000到100,000美元之間，除了豐田Mirai把燃料電池的成本控制到350美元/KW，燃料電池理想成本在50美元/KW(汽油機(jī)成本50美元/KW）

量產(chǎn)后燃料電池成本存大幅下降空間

隨著豐田Mirai成為全球第一款量產(chǎn)化的燃料電池企業(yè)，以及全球各主要汽車廠商對于燃料電池汽車研發(fā)投入的不斷增加，未來燃料電池系統(tǒng)成本會快速下降，推動氫燃料電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化突破。l根據(jù)美國能源部（DOE）的測算，以80kw的質(zhì)子交換膜電池為樣本，50萬量產(chǎn)，氫燃料電池系統(tǒng)成本已經(jīng)從2006年的124美元/kw降至2015年的53美元/kw（下降近60%）。美國能源部目標(biāo)是燃料電池系統(tǒng)的成本下降到30美元/kW。

燃料電池車銷量達(dá)到20萬輛時(shí)成本下降到3萬美金

豐田燃料電池汽車Mirai在日本的售價(jià)為700萬日元左右（折合人民幣約37.8萬元約等于5萬美金），補(bǔ)貼后的價(jià)格為27萬元人民幣，預(yù)計(jì)2020年有望下降40%以上，根據(jù)美國能源部對轎車燃料成本的估計(jì)，預(yù)計(jì)到2020年，在年生產(chǎn)量20萬輛的條件下，燃料電池轎車成本將低于3萬美元，達(dá)到市場推廣的程度。

燃料電池轎車成本將大幅下降

制氫：氫氣來源豐富，來源因地制宜

除電池堆以外，氫的生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸、加氫站的配套均是限制燃料電池車產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

制氫：目前主流的制氫方法主要有4種，技術(shù)特征差異較大，應(yīng)用場景也有所不同。其中，煤制氫成本最低，但投資大、適用于大規(guī)模生產(chǎn)；電解水成本最高，但技術(shù)成熟、適用于小規(guī)模成產(chǎn)。選擇哪種技術(shù)要考慮使用地區(qū)的實(shí)際情況，比如中國長三角地區(qū)，工業(yè)發(fā)達(dá)，副產(chǎn)氫氣供應(yīng)充足，成本也低。

由于國內(nèi)燃料電池汽車保有量不足100輛，氫需求量不大，因此電解水和甲醇制氫是主要的氫氣來源。配合國家電改，利用富余的風(fēng)電、水電或者太陽能發(fā)電，電解水的成本有望大幅降至1.0元/Nm3。

儲氫：高壓氣態(tài)儲氫是應(yīng)用最廣泛的方式，技術(shù)成熟

儲氫：高壓氣態(tài)儲氫是應(yīng)用最廣泛的方式，技術(shù)成熟。目前主流的儲氫方法主要有4種：

金屬氫化物儲氫。擁有出眾的安全性和體積儲氫密度，但需要加熱釋放氫氣、且金屬本質(zhì)量大、導(dǎo)致系統(tǒng)的儲氫質(zhì)量密度較低、當(dāng)前系統(tǒng)成本較高，尚不能滿足產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，處于研發(fā)階段；

液化儲氫質(zhì)量儲氫密度高，但液化能量損失過大且對隔熱要求較高，能耗成本高，主要應(yīng)用于航空領(lǐng)域；

物理吸附是利用具有納米孔結(jié)構(gòu)或者大比表面積的物質(zhì)，利用范德華力來提高儲氫密度，如超級活性炭在6MPa下可達(dá)10~12%以上，此技術(shù)具備發(fā)展的潛力；

高壓氣態(tài)儲氫是應(yīng)用最廣泛的方式，技術(shù)成熟，對氫瓶材料和密封要求較高。高壓儲氫罐是由碳纖維、玻璃、陶瓷等組成的耐壓儲氫容器。

儲氫罐對安全性及輕量化有較高要求。氫燃料車的儲氫罐，由于壓力較高，不僅要重量輕、硬度高，還需通過特殊材料防止?jié)B漏。豐田Mirai目前采用三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層起密封氫氣作用，中層提供耐壓強(qiáng)度，表層是保護(hù)層面。

乘用車車載儲氫罐一般儲存6kg左右的高壓氫氣，保證行駛里程（600km），儲氫罐的體積和重量將分別在240L和130kg左右，國外儲氫壓力70MPa，國內(nèi)35MPa。儲氫罐一般使用碳纖維，預(yù)計(jì)乘用車高壓儲氫瓶成本3~4萬元，其中碳纖維材料的成本約為60~70%。

若未來實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破進(jìn)行量產(chǎn)，成本將大幅下降，成長空間巨大。目前來看，氫燃料的制備儲運(yùn)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)較高的技術(shù)水平，無論是成本的壓縮和穩(wěn)定性的保障，燃料電池汽車的使用都不存在較大的障礙。

加氫站：固定投資大，數(shù)量迅速增長

國外不斷推進(jìn)加氫站的建設(shè)計(jì)劃。全球加氫站存量共有214座正在運(yùn)營。全球各國計(jì)劃2016年新增104座加氫站。從規(guī)劃遠(yuǎn)景來看，日本規(guī)劃2025年達(dá)到800座加氫站，韓國規(guī)劃2020年建設(shè)168座加氫站，德國規(guī)劃2025年達(dá)到400個(gè)加氫站。

國內(nèi)加氫站建設(shè)步伐也正在加快。中國目前有4座加氫站，2006年建成的北京加氫站，2008年建成的上海安亭加氫站，2011年建設(shè)了簡易的加氫站，2015年最新建成的鄭州宇通加氫站。加氫站目前有兩種方式：一是站內(nèi)制氫加氫一體化，具有代表性的如北京奧運(yùn)會加氫站；另一種是外部提供氫氣站內(nèi)加氫，具有代表性的加氫站是上海安亭加氫站。我們估計(jì)到2017年底將超過10座。與發(fā)達(dá)國家相比，建設(shè)進(jìn)度相對落后。

加氫站固定資產(chǎn)投資規(guī)模大，目前國內(nèi)建設(shè)成本800~1400萬元（不包括土地成本），但對日產(chǎn)200kg以上的加氫站給予400萬元的補(bǔ)貼。補(bǔ)貼后成本400~1000萬，約相當(dāng)于同等規(guī)模加油站/加氣站的1.5~2倍。假設(shè)到2018年國內(nèi)加氫站數(shù)量增至50座，則需要固定資產(chǎn)投資4~7億元，估計(jì)加氫和儲氫設(shè)備占比超過70%。

氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司

中國多項(xiàng)政策出臺，支持燃料汽車發(fā)展

2014：財(cái)政部發(fā)布《關(guān)于新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)獎勵的通知》，對日加氫能力不少于200kg的燃料的加氫站獎勵400萬元。

2015：《中國制造2025》規(guī)劃綱要提出，第一是關(guān)鍵材料零部件方面逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；第二是燃料電池和電堆整車性能逐步提升；第三方面是要實(shí)現(xiàn)2020年1000輛燃料電叉車做示范運(yùn)行，2025年逐步完善加氫等配套設(shè)施。

2015：國家發(fā)改委和國家能源局在系統(tǒng)內(nèi)印發(fā)《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃（2016—2030年）》，2020年燃料電池堆壽命達(dá)到5000小時(shí)，功率密度超過2.5千瓦/升，整車耐久性到達(dá)15萬公里，續(xù)駛里程500公里，加氫時(shí)間3分鐘，冷啟動溫度低于-30℃。

國家在十二五期間主要對鋰電池為核心的電動車進(jìn)行了大規(guī)模的扶持和推動，燃料電池目前的發(fā)展落后與日韓等國，十三五初期提升了對燃料電池的補(bǔ)貼，從補(bǔ)貼18萬提升至20萬~50萬，并持續(xù)到2020年不進(jìn)行退坡，相比鋰電池電動車面臨的20%的退坡，顯示出發(fā)展燃料電池車的決心。

補(bǔ)貼持續(xù)有望強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)性

類似鋰電池客車及物流車的發(fā)展路徑，車型高補(bǔ)貼后具備經(jīng)濟(jì)性是支撐燃料電池車商業(yè)化放量的核心。

以增程式的輕型燃料電池物流車為例，通過配置燃料電池30kW和鋰電池30kWh，假設(shè)國補(bǔ)地補(bǔ)1:1的情境下，測算燃料電池車補(bǔ)貼后的價(jià)格僅為15.4萬，已比傳統(tǒng)燃油車相比具備經(jīng)濟(jì)性，考慮到明年鋰電池車20%的退坡，我們認(rèn)為燃料電池物流車將呈初步放量的趨勢。

在不考慮加氫站的成本的情境下測算車輛使用成本，氫燃料電池車百公里消耗氫氣約4kg，使用成本在150~200元之間浮動。

燃料電池汽車的問題

氫產(chǎn)業(yè)鏈的問題。如何低成本獲取氫氣，目前氯堿工業(yè)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品氫氣價(jià)格最低，大規(guī)模應(yīng)用后，氫的成本必然上升。

貴金屬催化劑。燃料電池使用貴金屬催化劑是限制燃料電池發(fā)展的天花板之一。Pt儲量很低，工業(yè)上，也是用于如電極、傳感器這樣的小眾的產(chǎn)品。如果一旦鉑變成了民用級產(chǎn)品，龐大的需求，會大大抬高它的價(jià)格。

管理困難：燃料電池則是三維管理，即電場、溫度場、流場。因此管理相當(dāng)復(fù)雜。雖然燃料電池比鋰電池的控制僅僅多了一個(gè)緯度，但是控制難度卻多了幾個(gè)數(shù)量級。

加氫站造價(jià)昂貴：氫氣具有爆炸性，很難處理。氫氣燃料電池汽車需要對制造和運(yùn)送環(huán)節(jié)投入巨資，每一個(gè)環(huán)節(jié)又會增加成本、復(fù)雜性和污染。但是充電站可以借助原有加油站和電網(wǎng)系統(tǒng)，建設(shè)成本便宜的多。

燃料電池是最古老的電池，比鉛酸的歷史還要悠久。一百多年都沒完成的事業(yè)，要想在幾年內(nèi)完成，需要新的技術(shù)大突破，這就更加需要產(chǎn)業(yè)界及各國政府的聯(lián)手大手筆投入，目前來看只有日本投入比較大，中國還是主要發(fā)展電動車。

與鋰電池比還處于培育期

燃料電池車目前依然沒有量產(chǎn)，只有豐田maria1000輛的銷售，配套的加氫站還只有幾百座，產(chǎn)業(yè)化的道路還很長，還處在產(chǎn)業(yè)的導(dǎo)入期，導(dǎo)入期的特點(diǎn)就是依靠國家的補(bǔ)貼來驅(qū)動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，技術(shù)路線等都不明朗，很多參與的企業(yè)可能會倒在黎明前，目前中國注重電動車發(fā)展。

而電動車卻漸入佳境，2016年銷量達(dá)到53萬臺，滲透率只有不到3%，從導(dǎo)入期慢慢進(jìn)入到成長期，任何成長性的行業(yè)最具爆發(fā)的階段就是從滲透率從10%開始的，電動車滲透率從3%到20%的過程中，還有7倍的發(fā)展空間，我認(rèn)為還是在電動車產(chǎn)業(yè)鏈深挖一些標(biāo)的，確定性更強(qiáng)。

原標(biāo)題:燃料電池：引領(lǐng)新能源行業(yè)的弄潮兒（下）