燃（rán）料電池（chí）產業分析報告

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來源：科袖網

燃料電池星星之火，正（zhèng）待燎原：2014年11月豐田（tián）發布燃料電動車Mirai，2015年1月，豐田宣布在全球範圍內開放5680項技（jì）術專利，其中包括Mirai的（de）1970項關鍵技術專利。豐田（tián）一些列動作表明其在燃料電池汽車技（jì）術上已（yǐ）趨成熟，正進入技術優化和商業生（shēng）態構建階段（duàn）。在我國,以國鴻氫能與Ballad合作為代表的“市場換技術”模式已經落（luò）地，並計劃在兩年內投放3000套燃料電池係統，同（tóng）時福田汽車公告斬獲北京有車租賃100輛歐輝（huī）氫燃料電池電動客車訂單等消息亦顯示（shì）國內燃料電池汽車產業化已悄然開啟。

具備高能量密度特性,氫（qīng）燃料（liào）電（diàn）池（chí）市場潛力巨大：氫燃料電池（chí）通過氫氣（qì）和氧氣電化學反應產生電能（核心部件為雙極板、電解質、擴散（sàn）層、催化劑），具有極高的能量密度並兼具零排放特點，無疑是（shì）我們所追求的最具潛力能源利（lì）用方式。在燃料電池汽車、鋰（lǐ）電池增程汽車、無人機、IDC等領域潛力巨大，根據富士（shì）經濟（jì）預測未來十年燃料電（diàn）池市場空間將達到（dào）3400億元以上。

工業廢氫利用可顯著降低氫使用成本，美（měi）國（guó）已規劃（huá）電堆成本下降目標：美國計劃（huá）在2020年實現非重整法（電解法、生（shēng）物法等）加氫平準用氫價格（gé）降至10美元/kWh。電堆成（chéng）本方麵（miàn）,在50萬套（tào）80kW電池係（xì）統產量規模下（xià），實（shí）現由2015年的53美元/kW（合3.01萬/套），下降至2020年40美元/kW（合2.34萬/套），並期（qī）望最終達到30美元/kW（合1.75萬/套）。此外,當前我國每年大約有10億立方（fāng）米的廢氫被排放，能產生電（diàn）能約130億度電，若將其在燃料電池側加以利用,經濟價（jià）值巨大（dà）。

政策力挺（tǐng）燃料電池技術，購車補貼2020年（nián）之前不（bú）退坡：政策給予（yǔ）小型/輕型/大型（xíng）燃料電池車補貼20/30/50萬元/台、加氣站400萬元/個補貼。並出台《中國製造2025—能源裝備實（shí）施方案》、《能（néng）源技術革命創（chuàng）新行動計劃（2016-2030）》等支持文（wén）件,製定2020年達（dá）產1000輛燃料電池汽（qì）車並進行示範運行的目標。另（lìng）一方（fāng）麵巴黎峰會成功召開，我國（guó）到2030年GDP碳排放需較2005年下降60-65%。目前政府行政手段治理壓力大、效率低（dī），ZEV、碳稅等經濟手段的出台將為（wéi）燃料電池（chí）車加速發展奠定基礎。

1. 1.  氫燃料電池為燃料電池主流方向，全球市場空間（jiān）超3000億

燃料電池（chí）通過燃料的電化學反應直（zhí）接產生電能，相（xiàng）當於一個小型發電裝臵（主要（yào）包括雙極板、電解質、擴散層、催化劑）。根據電解（jiě）質和燃料的不同，燃料電池（chí）分為（wéi）六類：質子（zǐ）交（jiāo）換膜燃（rán）料電池（PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、堿性燃料電池（AFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、磷酸燃料電池（chí）（PAFC）。燃料電池核（hé）心（xīn）電化學方程式（shì）如下：

鑒於燃料（liào）電池仍是新興產業，多種技術路線（xiàn）並存（不隻有（yǒu）氫（qīng）燃料電池路線），我們對6種燃料電池分別從各自反應原理、輸出效率等方麵進行了（le）梳理，以使（shǐ）大家（jiā）更全麵的了解燃料（liào）電池產業，並通過（guò）對（duì）比思考出更為符合我國國情的技術方向。

1.1.六類燃料技術各有用（yòng）武之地，質子交換膜燃料（liào）電池實現跨越式發展

1.1.1.質子交換膜燃料電池（PEMFC）：低溫運行，主要應用於交通領域

PEMFC采用水基酸性聚合物(一般為全氟磺酸)作為電解質、鉑作為催化劑，是當前燃料電池汽車和物料搬運車的首選技術（shù）路線。相較其餘5類電池，其特點為運行溫度相對較低（一般低於100℃），同時可以根據需要（yào）靈（líng）活調整電堆輸出功率。但因相對低的啟（qǐ）動溫度並采用貴金（jīn）屬基電（diàn）極，這類電池必須使用高純度的氫。

為克服高純度氫氣需求限製（zhì），目前PEMFC出現高溫型技術路線，其原理為將水基電解質變成無機酸基（jī）電解質，該類電池運（yùn）行溫度可以高達200℃，對氫氣（qì）的純度要求較低，但有能量密度較（jiào）低的弊端。

1.2.甲醇燃料電池（DMFC）：運行溫度適中，主要應用於消（xiāo）費電子

DMFC是相對較新的技術，由美國NASA和噴氣式推進實驗（yàn）室在90年代發現。與（yǔ）PEMFC電池一樣需要使用聚（jù）合物膜（如全氟磺酸）作為電解（jiě）質，不同點為其采用鉑-釕金催化劑，燃料可以是氫也可以是液態甲醇（chún），因此被（bèi）稱作直接甲醇燃料電池。

甲（jiǎ）醇具（jù）有（yǒu）相對高的能（néng）量密度，很容易運輸和存儲。基於其（qí）運行溫度60-130℃特點，效率60%左右，直接（jiē）甲醇燃料電池主要應用（yòng）方向為（wéi）電子（zǐ）產品（pǐn）、移動充電寶、物（wù）料搬運車等領域。

1.3.固體氧化物燃料電池（SOFC）：運行溫度高，主要應用於電站

SOFC采用固體陶瓷作為電解質（例如氧化鋯-氧（yǎng）化釔），運行溫度非常高（gāo），最高運行溫度高達800-1000℃，對鉑催化劑依賴較小，可（kě）采用多種碳氫化合物燃料（甲烷、煤氣等）。其能量轉換效率超（chāo）過60%，如（rú）果放出的熱量能夠被回收利（lì）用，轉化率則可高達（dá）80%。但受限於啟動時間長，很難應用於汽車領域。

固體燃（rán）料電池在大型、小型固（gù）定式（shì）熱電聯產發電站中應用較多，例如Bloom的100kW離網（wǎng）發電站。此外，輸出功率W級的管狀（zhuàng）固體燃料（liào）電池還成功應用在便攜式充電裝臵領域。

1.4.堿性燃料電池（AFC）：可用非貴金（jīn）屬催化劑，主要應用於（yú）航天領域

AFC采用如氫氧化鉀、堿性聚合物之類的（de）堿性電解質，要求高純度氫，運行溫度70℃左右。最（zuì）先被NASA應用在航天器上用（yòng）於生產電能和（hé）水（shuǐ）的電池，鮮被應用（yòng）於（yú）商業領域（yù）。其優點是可采用（yòng）非貴金（jīn）屬作為催化劑（鎳（niè）最常（cháng）見），轉換效率可高達60%。

1.5.熔融碳（tàn）酸（suān）鹽燃料電（diàn）池（MCFC）：運行溫度高，大型電站首選

MCFC采用附著在多（duō）孔陶（táo）瓷上的熔融碳酸鹽（包括碳酸鋰、碳酸鉀及碳酸鋰）作為電解質。運行溫（wēn）度高達650℃，具備三大優點：1）對貴金屬催化劑（jì）的依賴較低（dī）；2）比（bǐ）起低溫電池，可（kě）減少催化（huà）劑中毒概率；3）可（kě）以使用（yòng）多種燃料（例如煤氣、甲烷等）；缺點是存在高溫腐蝕。目前，MCFC主要用（yòng）在一些大型電（diàn）站、熱（rè）電聯產（CHP）、熱冷聯（lián）產（CCP），轉換效率高達60%，聯產效率高達80%以上。

1.6.磷酸燃料電池（chí）（PAFC）：上一代主流燃料電池（chí）技術

作為2001年之前（qián）的主流燃（rán）料（liào）電池都技術，PAFC采用磷酸或磷酸基電解質，能有效減少鉑催化劑（運行溫度180℃左（zuǒ）右）中毒，但發（fā）電效率較低，當熱電聯產時效率可達80%。主要應用在功率100-400kW的固定式發電站中，也有少量應用在（zài）大（dà）型汽車中。

1.7.各類型電池（chí）出貨情況：受益交通（tōng）應用拉（lā）動，PEMFC出現跨越式發展

2010-2015年，PEMFC、SOFC、MCFC三種（zhǒng）類型電（diàn）池占據了曆年（nián）總出貨量的（de）90%以上，其中受交通運輸領域需求拉動，PEMFC在2015年出（chū）貨量出現了跨越式增長，同比增長高達147.04%；SOFC、MCFC在固定式電站或熱電聯產上應（yīng）用較為成熟，年均複合增長率45.87%。

1.8.全球燃料電（diàn）池市（shì）場空（kōng）間有望達（dá）到3400億，PEMFC占多數

根據日本富士經（jīng）濟預測，至2025年，全球燃料電池市（shì）場有望達（dá）到5.2萬億日元（合約人民幣3400億元）。通過分析，我們發現2015年之前，燃料電池應用以產業和商業用（yòng）途及家庭用途領域為主，但因燃料電池汽車商業化不斷落地的催化，下遊市場已出現結構性（xìng）變化。2011年燃料電池汽車市場僅為3億日元（yuán），未來隨著技術升級、加氫站等（děng）基礎設（shè）施的完善、政策支持力度加大（dà），預計到2025年全球燃料電池汽車（chē）市場有（yǒu）望擴大到2.91萬億日元（合約（yuē）人民幣1900億元），占整體市場一半以上，增長潛力巨大。

2.三大應用領域，交通領域最具潛力

通（tōng）過（guò）上文分析，可發（fā）現燃料電池應用主要集（jí）中在（zài）電站（含（hán）熱電聯產）、交通運輸領域。事實上,早期燃料電池的應（yīng）用主要（yào）集中在潛艇、航天等特（tè）殊（shū）領域，且（qiě）技術已相對成熟。而在民（mín）用領域主要包括固定式（shì）領域、交通（tōng）運輸領域和便攜式領域（yù）三大類，受益各國政策支持，汽車技術上取得較大突破，豐田、本（běn）田（tián）、現代等均推（tuī）出了各自的量產燃料電池汽車，商業化進程正在（zài）加速。

從應用場景的市場結構來看（kàn），交通領域無疑最具（jù）潛力。2015年（nián），全球燃料電池係統的出貨量為7萬多（duō）套（較2009年增長366%），但與（yǔ）大（dà）規模商業（yè）化仍（réng）存在一定差距。縱觀（guān）2010-2015年，燃料電池的出貨量：50%~60%集中在（zài）固（gù）定式領域，20%~30%用於便攜式領域。但在2015年燃料電池在交通運輸領域的出貨量幾乎翻（fān）倍。而從容量看，大功（gōng）率燃料電池在（zài）交通運輸領域（yù）實（shí）現了快速上（shàng）升，前景值得期待。

2.1.交通運輸領域：燃料汽車經濟性凸顯，無人機（jī）大有可為

2.1.1.物料搬運車試水在先

以PEMFC為動力的叉車是當前燃料電池在交通應用內最大的部門之一，國外已有大批量物流（liú）公司（如Fedex）正在（zài）使用燃料電池物流搬運車。

2.1.2.氫燃料電（diàn）池汽車商業化黎明前夜

氫燃料電池車主要由燃料電池係統（包含反應堆、空氣壓縮（suō）機等）、儲氫裝臵、輔助電池、控製裝臵（gé）和驅動電機構成，續航力強、噪音（yīn）低、零（líng）排放，適合我國人口密集城市的日常需求。根據巴黎峰會規則，我國到2030年GDP碳排放將較2005年下降60-65%。當前，我國城市（shì）空氣汙染惡劣，行政手段治理壓力大（dà）、效率低，ZEV、碳稅等經濟手段的預期推出（chū）將為燃料電池車加速發展奠定基礎。