2019年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书

1、2019年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书2019年2月2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书目录燃料电池定义及发展演进基本概念类型及其比较第一章主要特点应用领域产业演进第二章氢能及燃料电池产业链分析产业链分析 细分环节分析第三章全球氢能及燃料电池产业发展现状燃料电池系统发展现状燃料电池汽车发展现状主要国家发展情况第四章中国氢能及燃料电池产业发展现状及趋势产业发展环境技术发展现状产业发展现状区域分点第五章难点和突破点氢能及燃料电池产业发展研判技术趋势成本趋势规模预测第六章投资价值分析投资并购情况投资机会分析投资标的分析22018年氢燃料电池产业演进及投资价值分析白皮书0

2、1燃料电池定义及发展演进32018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书基本概念燃料电池定义燃料电池是一种利用化学能提供电能的一种能量转换装置，即在电催化剂的作用下，将可再生燃料（比如氢、有机小分子等）里的化学能转变成电能。 和蓄电池不同，燃料电池内部并不贮存反应所需要的化学燃料，它只是提供了一个进行化学反应的场所。 虽然称为燃料电池，其运作过程中并不会产生明火，产生电能的过程也不需要旋转式发动机等运动部件。电池工作时，燃料由外部供给，在电极上进行反应。只要反应物不断输入，反应产物不断排出，燃料电池就能连续地发电。 以燃料电池中最典型的质子交换膜燃料电池为例， 质子交换主要起隔绝正负极的

3、作用，相当于蓄电池中的隔膜和电解质。质子交换膜紧邻催 化剂层，相当于实验室中的电极，是将燃料和氧化剂分开进行电化学反应的场所，是整个 电池的核心。催化剂层外是扩散层，扩散层既有收集电流的作用，也是气体扩散和电流通 道。电池工作时，电池内部负极供给燃料（氢气），正极供给氧化剂（空气），使氢气在 覆盖有催化剂的质子交换膜作用下，在阳极催化分解成质子（氢离子）和电子，氢离子进 入质子交换膜中达到正极，电子不能通过质子交换膜达到正极，而是沿外部电路移向正极， 用电的负载就接在外部电路中发电。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水并释放热量。图 1燃料电池工作原理图解42018

4、年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书类型及其比较燃料电池类型划分表1 燃料电池划分标准及类别燃料电池按照不同的标准可以划分为不同的类型，分类标准主要包括运行机理、电解质种类、燃料类型、工作稳定和结构类型等。目前主要依据电解质种类和燃料类型进行分类，汽车企业最常用到的电池为以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池。燃料电池主要种类及比较按照电解质不同，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）及固态氧化物燃料电池（SOFC）。质子交换膜燃料电池。也称聚合物电解质膜或固态聚合物电解质膜燃料电池， 电解质是一片薄的聚合

5、物膜。在80的温度下即可工作，在寒冷条件（ -10 ）下亦能迅速启动。其电力密度高，其体积相 对较小，同时工作效率高，并且能快速地 根据用电需求而改变其输出。但这类燃料 电池对膜材料要求较高，增加了制造成本。此外，该类电池需要采用贵金属作为催化 剂，铂价格较高，增加了电池成本，且催 化剂与工作介质中的一氧化碳发生作用后 发生“中毒”而失效，会降低工作效率或完全损坏。熔融碳酸盐燃料电池MCFC碱 性 燃料电池AFC磷 酸 燃料电池PAFC质子交换膜燃料电池PEMFC固体氧化物燃料电池SOFC图 2 按电解质不同的燃料电池分类5划分标准类别按运行机理分为酸性燃料电池和碱性燃料电池按电解质种类分为碱

6、性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC） 燃融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）按燃料类型分为氢气、甲醇、甲烷、乙烷等燃料电池按工作温度分为低温型（温度低于200）、中温型（温度为200750）、高温型（温度高于750）燃料电池按结构类型分为管状燃料电池、平板型燃料电池和单片型燃料电池等2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书类型及其比较燃料电池主要种类及比较碱性燃料电池。该电池的结构与质子交换膜燃料电池类似，其电解液为水溶液或氢氧化钾基质。工作温度较低，约为80，因此启动较快，但能量密度较低，仅为质子交换膜燃料电池的

7、十分之一。碱性燃料电池生产成本低，催化剂对一氧化碳等杂质也较敏感。可用于固定发电装置，在航天飞机 上也有所使用，提供动力和水。磷酸燃料电池。该类电池的电解质为液体磷酸，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作 稳定较高，约150-200，但亦需电极上的白金催化剂加速反应。由于温度高，其反映速度更快， 对杂质的耐受性也更强。磷酸燃料电池效率较低，约为40%，加热时间更长。该类电池可用为医院、学校、小型电站等提供动力。熔融碳酸盐燃料电池。这类电池原理为温度加热到650时，盐会产生熔化，产生碳酸根离子， 从阴极流向阳极，与氢结合生成水、二氧化碳和电子。这种电池工作的高温能够在内部整合天然气 和石油等

8、碳氢化合物，在内部生成氢。此外，该类电池的催化剂可由镍替代，产生的多余热量还可 被联合热电厂利用。但正是因为高温，电池需要较长时间才可达到工作温度，且在交通运输和家庭 发电方面均不太安全，对大规模的工业加工和发电气轮机更为适用。固态氧化物燃料电池。该类电池的电解质为固态陶瓷电解质，工作温度更高，8001000之间。这类电池能够抵御外界一氧化碳、硫等杂质的污染，也可以直接使用石油或天然气实现发电。因使用的是固态电解质，这类电池比熔化的碳酸盐燃料电池更稳定，也更安全，但用来承受其高温的建造材料也更昂贵。表 2燃料电池主要类型及特征比较6电池类型PEMFC（质子交换膜燃料电池）PAFC(磷酸型燃料电

9、池)AFC（碱性燃料电池）MCFC（熔融碳酸盐燃料电池）SOFC（固体氧化物燃料电池）优点（1） 体积相对较小（2） 工作效率高（3） 相对能快速地启动（4） 技术成熟可靠性高，电力密度大， 寿命相对较长（1） 阴极性能得到改善（2） 可以不使用贵金属作为催化剂（3） 材料成本低，电解质成本非常低廉（1） 燃料适应性广（2） 采用非贵金属作为催化剂（3） 启动速度快（1） 燃料适应性广（2） 采用非贵金属作为催化剂（3） 高品位余热可用于热电联供（4） 较高的功率密度（1） 燃料适应性广（2） 固态电解质更安全（3） 高品位余热可用于热电联供（4） 较高的功率密度（5） 对硫抗耐缺点（1） 铂

10、催化剂昂贵（2） 对CO和S中毒敏感（1） 必须使用纯的H2和O2（2） 需周期性地更换KOH电解质（3） 必须从阳极及时除水（4） 电解质容易CO2中毒（1） CO2必须再循环（2） 熔融碳酸盐电解质有腐蚀性（3） /寿命问题（4） 材料昂贵（1） 材料在高温下运行会产生一系列问题（2） 密封问题（3） 电池部件制造成本高（1） 工作温度高、启动慢（2） 制造材料成本高2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书主要特点及应用领域主要特点原料来源广燃料电池燃烧的燃料主要是氢气，而水中富含大量的氢元素，可以作为氢气的重要来源。此外，化石燃料，如煤炭、天然气、石油等也可作为氢气的来源。能

11、量转化效率高燃料电池是直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料电能转换效率在45%60%，而火力发电和核电的效率大约在30%40%。适用范围广规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建筑设周期短，电站功率可根据需要由电 池堆组装，十分方便。燃料电池既适用于城市大型发电站，也可作为医院、商店、集体宿舍、边远山区的小型发电装置，以及日常和国防用于行走机械的动力系统。环境保护性，“碳”值低从煤炭到石油、再从石油到天然气，清洁能源的革命均是以脱碳为目标。而氢气作为燃料的燃料电池，其工作时仅有水排出，同时不会产生任何副产品，是非常环保的供能系统

12、。若以其他烃类化合物作为燃料，通过燃料电池系统释放出来的污染物比直接燃烧要降低几个数量级，亦可有效的保护环境。热值高与木柴、煤炭、汽油、天然气和锂电池等传统供能燃料或系统相比，氢气的热值非常高。同等质量下，氢气是煤热值的4.7倍，是石油天然气的3.3倍，更是三元锂电池蓄能的100多倍。表3 各类燃料能量密度比较7燃料（储能）类型能量密度（MJ/Kg）木柴0.13煤29.3汽油44天然气42三元锂电（单体300Wh/Kg）1.08（电池包系统更低）氢气1432018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书主要特点及应用领域主要应用领域机动车上的应用：军事上的应用：燃料电池使用时间长，以及宁静

13、的工作特点极适合于军事工作对电力的需要。在军事上，微型燃料电池要比普通的电池具有更高的能量密度和更强的优越性，在进行下一次燃料补给之前，车辆可以行使地更远，或在遥远的地区活动更长的时间。这样，战地所需的支持车辆、人员和装备的数量便可以显著的减少。空间领域的应用：发电厂的应用：目前全球范围内，燃料电池开发的最完善是固定发电站。燃料电池技术的独立性、高能效对于那些国家电网不能覆盖，或国家电网不够稳定而需要备用电力设备的地区而言，具有特殊的意义。移动装置上的应用：家庭的应用：低温质子交换膜燃料电池或磷酸型燃料电池可以满足私人居住和小型企业的所有热电需求。这些燃料电池应该能够为单个私人居户或几家居户提

14、供能源。8微型燃料电池因其具有使用寿命长，重量轻和补充燃料方便等优点，比常规电池具有得天独厚的优势，无人机上已有燃料电池的应用。目前美国、德国等国也依旧在研究该类便携式燃料电池产品。在20世纪50年代后期和60年代初期，美国 为了替其载人航天飞行寻找可靠的能源，对燃料电池的研究给予了极大的关心和资助，使燃料电池取得了长足的进步。重量轻，供电供热可靠， 噪声轻，无震动，并能生产饮用水，所有这些优点均是其它能源不可比拟的。燃料电池汽车的用户使用习惯与传统燃油汽车用户使用习惯类似。传统燃油汽车的气体排放成为空气中的主要污染物之一，与此同时，部分国家地区由于汽车保有量的持续上升给石油需求带来巨大压力。

15、新能源汽车已应运而生，燃料电池汽车则因其具有续航里程高、加氢时间短、动力性能好等多项特点成为替代传统燃油汽车的产品。2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书产业演进燃料电池的发展最早可追溯到上世纪50年代，至今已发展了近90年。纵观燃料电池发展史，可分为几段重要时期。u 阶段一：1950年1990年；不计成本的技术探索期，在航天、军事领域等有所应用；u 阶段二：1990年2000年；技术快速飞跃、成本快速下降，参与研发和生产的国家和相关企业数量增长，燃料电池在汽车、发电等多个领域的应用逐步实现；u 阶段三：2000年2010年：燃料电池性能进一步提升，专利申请活跃度高；全球多个国家

16、和地区通过制定规划、投入资金等方式支持燃料电池发展；汽车等应用领域接近商业化水平；u 阶段四：2010年至今：燃料电池性能和成本已可满足商业化应用，部分企业已实现商业化运营； 多个国家和地区开始重视燃料电池技术发展，持续发布政策支持产业发展。图 3 燃料电池及燃料电池汽车发展演进图 燃料电池技术发展 燃料电池汽车发展201720152010s；2000s1990s1980s1960s9最早的燃料电池产品5KW燃料电池组商业化应用：最早应用于航天领域1966 GM Electrovan性能飞跃、成本降低、耐久提高； 关键技术：全氟磺酸质子交换膜 出现；关键推动：加拿大国防部对Ballard公司的

17、大力投入各大厂商纷纷开展FCV的研究多个领域应用推广：1)交通工具； 2)固定发电；3）便携发电；4） 航空航海1993年巴拉德推出燃料电池大巴高性能FCV问世性能进一步提升，成本每千瓦55 美元，耐久性接近5000h；相关专利技术开始增多；2014年丰田上市销售，FCV初步进入商业化阶段各大厂商陆续推出FCV车型；高压储氢瓶技术推动续驶里程提升多个国家和地区相继发布“氢能” 计划；燃料电池开始进入示范应 用阶段比能量大于1kwh/kg；部分领域已实现商业化应用；技术成果转化速度加快； 各类资本开始关注该领域；部分国家制定了详尽的燃料电池汽车推广计划；丰田、现代等车企的燃料电池车开始进入商业化

18、应用；大巴车燃料电池电池寿命大于10000h，轿车大于5000h； 催化剂铂用量降到0.2g/kw；2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书02氢能及燃料电池产业链分析102018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书产业链分析产业链全景图：氢能及燃料电池产业链主要包括制氢、储氢和输氢、加氢站的建设、燃料电池堆、燃料电池系统及燃料电池应用等多个环节。图 4氢能及燃料电池产业链全景图、质子交换膜气体扩散层双极板催化层燃料电池堆燃料电池用加湿器功率调节器空气压缩机氢气循环泵制氢、储运氢气是保证原料来源的关键制备氢气目前主要根据技术方法进行分类，包括煤炭制氢、石油天然气裂解过程中制

19、氢，这两类制氢技术相对成熟，目前在电解水制氢、生物质生氢等方面也有探索。燃料电池堆是产业链的核心燃料电池堆由双极板、扩散层、质子交换膜、催化剂等多个部件组成，其中催化层、质子交换膜、气体扩散层等，具有较高的技术门槛，亦是燃料电池堆的最关键部分。燃料电池动力系统是燃料电池应用的重要载体燃料电池难以单独发挥作用，需与其他装置和部件一道实现充能、放能。燃料电池用加湿器、功率调节器、空气压缩机、氢气循环泵与燃料电池堆一起组成了燃料电池动力系统。燃料电池汽车等应用为燃料电池发展的最终目的燃料电池具有的高能量密度性、环保性和可再生性将在多个领域得到更广泛的应用，其中燃料电池汽车、燃料电池船舶、燃料电池发电

20、厂等将率先取得应用。加氢站的建设是保障产业快速发展的重要一环加氢站是燃料供应的场所，是连接燃料制备到燃料应用的重要一环。加氢站建设过程中涉及到卸气设备、压缩设备、加氢机等多个部件。11燃料电池车、船舶、发电厂等燃料的供应燃料电池动力系统加氢站/ 设施燃料的获取储运氢制氢纯化石墨碳板、复合双极板、金属双极板等多孔材料、树 脂 复 合 材料Pt合金催化剂卸气装置压缩设备加氢机站控系统合 金储 氢材料储 氢罐等煤炭天然气水等制氢设备吸附剂等碳布炭黑等2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书细分环节分析制氢制氢方式根据原理和原材料进行分类，主要分为三大类，即化学重整、电解水制氢和生物制氢。

21、化学重整制氢主要是通过化学方法对有机物、化石燃料如煤、天然气或石油进行高温重整或部分氧化重整，如天然气中的主要成分甲烷被分解成H2、CO2、CO。这种制氢技术已经相当成熟，这种路线占目前工业方法的85%以上，其制氢产率为70%-90%。电解水制氢则是一种完全清洁的制氢方式，可用于发电站的调峰储能，即在用电的低谷期，将发电站多余的电能用于水电解制氢，国际上该类技术已相对成熟， 国内部分水电站、光伏电站也有所应用。但这种方法能耗大，电站现场制氢也依旧有所局限，成本相对较高，制氢量约占10%左右。图 5 各类制氢工艺成本比较生物制氢法则采用有机为原料，通过光合作用或细菌发酵进行产氢，其关键点在于培养

22、高效率、高选择性的生物菌种，但目前在产氢机理、菌种培育、细菌代谢路径等方面仍有诸多问题有待研究。根据的统计数据显示，全球制氢能力约保持在1440 百万标准立方英尺/天。其中中国的制氢能力保持在1320.86 吨/天以上，其中85%以上均为化学重整制氢，该类氢气大部分用于合成氨、石油炼化等领域。表 4 制氢、储运氢气的主要企业12企业相关产品及业务产业链环节企业相关产品及业务产业链环节汉能科技有限公司太阳能光伏发电、燃料电池以及相关关键原材料的研发和中试制氢厚普股份制氢、储氢和加氢、燃料电池制氢、储氢中国石油化工股份有限公司主要集中于炼化制氢领域，同时加大探索氢能的开发利用制氢股份储氢瓶储氢、运

23、氢神华集团煤制氢、氢气输送制氢、储运氢阳新能源控股常温常压储氢技术储氢、运氢普顿（北京）制氢科技有限公司生产氢气燃料发电装置、制氢设备，制氢站设计等制氢葛洲坝研究发展光电、风电等绿色能源以及氢燃料电池的应用；储氢、运氢恒力石化煤制氢，煤制氢装置制氢南方电网常温常压液态储氢储氢、运氢中化集团制氢、提氢装置制氢汉钟精机氢气压缩机，回收泵储氢、运氢2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书细分环节分析储氢和输氢表5不同储氢方式特点及要求对于氢气的储存状态形式可分三种，分别为气态储氢、液态储氢及固态储氢，分别对应不同的运输模式。其中气态储运和液态储运是目前正在大规模使用的方式，其中液态储氢以

24、低温液态储氢为主。从氢的输送距离、用氢要求及用户的分布情况来看，管道运输主要适用于用气量较大、用气 场合相对集中的地区，车、船运输则适合于量小、用户比较分散的场合。从运输状态来看，液氢、 固氢输运方法一般是采用车船输送，以液态氢气 为主。氢气的密度小, 将氢气加压后储存于液罐内, 用牵引卡车或船舶进行较长距离的输送。液氢罐车因其储氢罐的压力更大，储集的氢气更多， 其运输能力是气氢拖车的十倍以上，将是燃料电池大规模部署后的氢气解决方案。表6 不同储运方式特点的价格及单价影响因素分析从成本上来看，目前气态运输普遍比液态运输要便宜。但氢气最终仍要以液态形式存在于汽车、船舶等压缩罐中，因此虽然气态运输

25、的价格偏低，但对加氢站中的压缩机这一设备的要求较高，此外在气体液化后注入加氢站的过程中也会有气体的损失，提高了整体成本。未来随着需求量的提高以及单次运输量变多，液态运输氢的成本也会有所下降。因目前用氢量相对较少，受制于成本和技术的限制，一段时间内气氢拖车仍将是最优选择；随着氢气用量的不断增多以及氢储罐技术的不断成熟，未来液氢罐车将是解决燃料电池普及之后氢气运送的主要方式；管道运输未来更多的用于小范围内定点输送；储氢材料因目前技术仍需探索，在近几年不会成为市场主流。13储运类型氢气状态单价(以200km为例)单价影响因素单程储存量管道输送气态4-6元/kg距离和加氢站加氢量/气氢拖车气态2-6元

26、/kg距离10t液氢罐车液态8-15元/kg距离和单程储存量10t100t储运方式特点及要求气态储氢能量密度低，安全系数低，技术水平有限， 直接将氢气压缩后储存在特制的钢瓶中液态储氢能耗较高，主要是将氢气在低温下压缩为液体，并放入高绝热的容器中储存，对储罐要求高固态储氢积储氢容量高，无需高压隔热容器，安全 性好，可得到高氢，材料分为合金储 氢材料、液态有机储氢材料、纳米储氢材 料。其中合金储氢材料目前应用最为广泛， 安全可靠，储氢能耗低，储存容量高，制 备技术和工艺相对成熟；碳纳米储氢材料 则具有储氢量大、释氢速度快的特点，具 广阔前景2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书细分环

27、节分析图 6 全球不同类型加氢站数量的占比加氢站：全球范围来看，加氢站的氢气来源主要包括三类，一类加氢站是氢气储存和加注的转换点，制氢处在其他地方，氢气被拖运至加氢站处后，在站内完成氢气的卸载、压缩和储存， 供来往车辆使用；另一类是加氢站的则在站内完成氢气制取和制备工作，氢气制备方法主要是站内天然气重整，制备的氢气在站内被储存起来，需要用到的时候再被加注到车辆内使 用。 还有一类加氢站中氢气的来源亦是来源于站内，但主要制氢方法是站内电解制氢的方 法。第一类加氢站为主流，且随着加氢站的不断建设，制氢的便捷性和加注的便捷性同时满足的情况将更少，实现制取、存储和加注一体化的加氢站数量占比将进一步减少

28、，更多的加氢站将仅仅实现加注氢气的功能。图 7 加氢站建设的主要部件的成本占比20%远程运输站内电解制氢55%25%站内天然气重整目前加氢站根据其日加氢量的差异，建设成本不均。以站内不产氢的加氢站建设为例，小型、微小型加氢站的建设费用约一般为600万1000万元， 其日加氢量仅100400kg。中型加氢站的建设费用高于1000万元，日加氢量约为6001000kg；大型加氢站的建设费用则高于2000万元，其日加氢量一般为10001500kg左右，以每辆乘用车加氢量4.5kg，货车加氢量3040kg，物流车加氢量78kg算的话，大型加氢站每日可满足200300余辆车的加氢和运营。加氢站的主要设备包

29、括储氢装置、压缩设备、加注设备、站控系统等， 其中压缩机占总成本较高，约占总成本的30%，且目前国内压缩机主要依靠进口。在产业发展后期，若氢气运输以液态为主，则压缩机在部分加氢站中的使用将减少。压缩机土建施工费设备设置费其他各种配管自动售货机预冷机储压器30%11%7%13%13%15%11%表 7 中国部分加氢站建设企业列举14企业名称已参与建设的加氢站主要业务舜华新能源安亭加氢站、云浮加氢站、安徽六安从最初的方案设计到功能采购、系统集成到开车交付提供整套加氢站加强的服务佛山瑞晖能源佛山瑞晖加氢站建设、运营北京派瑞华氢能源科技永丰加氢站、河南郑州、广东佛山、郑州宇通加氢站提供自电解水制氢、储

30、氢和加氢等整个链条的氢能系统解决方案，和加氢站建设的基础设施嘉氢（上海）实业有限公司上海重塑加氢站依托上海重塑能源科技有限公司、张家港富瑞特种装备股份有限公司和中交新能汽车运营（深圳）有限公司丰富的技术储备和资源优势投资筹建百应能源公司、神华如皋南通百应加氢站建设与运营新青年控股集团有限公司西安青年客车加氢站氢能配套设施的研发与建设运营和制氢厂建设丰田汽车公司常熟丰田加氢站设计、建设与运营宇通客车郑州宇通加氢站投资建设新源动力股份有限公司同济-新源加氢站风光发电制氢技术、加氢站的建设与运营2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书细分环节分析氢燃料电池堆氢燃料电池堆是整个燃料电池产业

31、链的核心部分。其性能和成本的演化直接决定了燃料电池产业化进程。评价氢燃料电池性能的指标主要包括其耐久性、启动温度以及电池堆比功率，其中比功率是近两年国内外研究机构和企业重点攻克的方向之一。2000年左右，比功率仅为0.5kw/kg，到2018年，国际先进电池堆的比功率已达2kw/kg，中国技术水平略低，普遍集中在1.5kw/kg左图 8 近20年来燃料电池技术的中外技术进展情况2018年国际水平2018年中国水平2.0燃料电池堆比功率（kw/kg）1.52010年国际水平1.00.52000年国际水平0.250.50.751燃料电池催化剂中铂的使用量（g/kw ）右。氢燃料电池堆成本的控制也是

32、产业发展的关键。氢燃料电池堆主要有气体扩散层、质子交换膜、膜电极、催化剂、双极板、密封件等几个关键部件组成，其中质子交换膜和催化剂占燃料电池堆成本较高，占60%以上。美国、日本、德国等国的相关研究机构和企业在这几个关键部件在技术和 成本上均已实现了商业化，国内除石墨双极板目前基本实现国产化、膜电极实现小规模生产外，质子膜、催化剂依旧依赖进口。因技术门槛较高，最优质的质子交换膜被美国杜邦（科慕）、苏维等国外公司长期垄断；催化剂中因含有贵金属Pt，成本较高，削减催化剂中贵金属含量以降低成本也是近年来技术攻克的重点，部分领先企业已由最初燃料电池催化剂中铂的使用量需1g/kg降至0.2g/kg以下，中

33、国的Pt使用量约为0.5g/kg，目前最先进的催化剂技术在日本，如日本贵金属制造商TANAKA（田中），该企业为丰田燃料电池汽车供货。表8 燃料电池主要部件的功能及性能等15主要部件主要功能技术种类/制备工艺性能要求双极板分隔反应气体、手机电流和提供反映气体通道金属板、石墨板、复合板高导电率、强散热性能、高渗透率、良好的的化学稳定膜电极（由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层组成）物质传输、电化学反映的场所GDE法、CCM法、有序化膜电极法降低气体传输阻力、良好的电子通道、良好的机械强度及导热性、良好的化学稳定性质子交换膜提供氢离子通道、隔离两极反应气体全氟磺酸质子交换膜、部分氟化质子交换膜、非氟

34、化质子交换膜、复合质子交换膜、高温质子交换膜较高的质子传导性、较好的水稳定性和化学稳定性、尺寸变化率低、较高的机械强度、较低的气体渗透率催化剂层膜电极的关键材料，决定其放电性能和寿命铂催化剂、低铂催化剂、非铂催化剂催化剂活性、寿命气体扩散层为参与反应的气体和生成的水提供传输通道、支撑催化剂多孔炭纸、碳布低电阻率、高孔隙度、机械强度、良好的化学稳定性2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书细分环节分析燃料电池汽车燃料电池汽车现在为燃料电池产业链上重点攻克的环节。其核心为燃料电池系统，其中包括燃料电池堆和功率升降压机、空气压缩机、高压储氢罐等多个零部件，这套动力系统与动力控制单 元、电

35、动机及动力电池等共同组成了燃料电池汽车的动力系统。其中燃料电池功率决定了汽车的加速性能、动力性能、以及在一定氢气供应下的能量供应等；而汽车的续航也由汽车上高压储氢罐的储集能力相关，储氢罐压力越大、储集氢气越多、续航相对越大。丰田燃料电池乘用车Mirai结构示意图燃料电池汽车也主要分为两类，一类是全功率FCV，即动力能量主要是来源于氢燃料电池，汽车中的动力电池做电能回收或其他用处。电池的容量仅为数kWh，如丰田Mirai的电池仅为1.6kWh；另一类为插 电式FCV，这类FCV有多种工作模式，可以是锂电池和燃料电池共同为电机供电，也可是两者单独为电机供能。这类FCV上锂电池的容量一般大于10kW

36、h，如奔驰发布的插混燃料电池汽车GLC F-cell搭载了13.8kWh 的锂电池，上汽荣威950则搭载了12kWh 的动力电池，该类汽车的燃料电池发电功率相对较小。目前中国的燃料电池汽车主要以商用车为主，受技术限制，目前主要以插混式FCV居多，燃料电池发电功率在奔驰燃料电池乘用车GLC F-Cell结构示意图30kw90kw之间。表 9 不同燃料电池乘用车主要指标参数比较16技术和使用参数丰田Mirai本田Clarity奔驰GLC F-Cell现代NEXO（ 2019款）上汽荣威950续航里程700km589km437km609km430km(燃料电池+ 动力电池)百公里加速9.6s8.8s

37、15s9.5s12s储氢重量5kg5kg4.4kg5.64kg 156L4.2kg储氢瓶压力70MPa70MPa70MPa35MPa百公里氢耗0.996kg0.849kg0.97kg/燃料电池发电功率114kw103kw95kw43kw电机最大功率113kw130kw147kw120kw162kw电机最大扭矩335Nm300Nm350Nm395Nm350Nm整车空间4座5座5座5座5座2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书03全球氢能及燃料电池产业发展现状172018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书发展现状燃料电池系统全球范围来看，随着2014年日本丰田燃料电池汽车M

38、irai正式走向市场，带来了燃料电池汽车销量和燃料电池出货量的热潮。2014年全球燃料电池出货量达185.4MW，2015年、2016年都保持了60%以上的增长率，2017年增速放缓，仅为29.7%，出货量为670MW。其中燃料电池汽车是主要的应用领域，占比达59%，质子交换膜燃料电池（ PEMFC ）也成为市场最青睐的燃料电池之一，出货量占比超过72.7%。图 11 2014-2017年全球燃料电池出货量图 9 2017年全球燃料电池应用领域2%燃料电池汽车30%叉举车等特定用途车发电站等59%9%便携式电子产品数据来源：赛迪顾问图 10 2017年不同类型燃料电池出货量占比VALVUAEL

39、UEPEMFCVALUEDMFCVALUEVALUEPAFCSOFCVALUEMCFCAFC数据来源：赛迪顾问从2014到2017年，燃料电池系统的技术、成本和价格都在发生变化，赛迪顾问经过测算，2014年全球燃料电池系统的市场规模已超过1亿美元，2017年接近5亿美元。图 122014-2017年全球燃料电池规模增长率100.0%（亿美元）6.05.04.03.02.01.00.087.4%80.0%60.0%4964.2%40.0%220.0%0.0%2014Y2015Y2016Y182017Y9.2%.8%2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书发展现状氢燃料电池汽车及应用自

40、2013 年氢燃料电池车市场化到 2017 年年底，全球总计售出 6475 辆氢燃料电池乘用车。 其中，丰田Mirai占比高达 75%，远超占比13%的本田和占比11%的现代； 2017年， 全球售出3382辆全功率氢燃料电池乘用车，丰田Mirai超过3000 辆。 中国则主要发力商用车，在2017年燃料电池商用车销量达1064辆。图 13 全球氢燃料电池乘用车销量据不完全统计，截止到2017年底，全球目前已有328座加氢站建成并运营，其中139座位于欧洲，118座位于亚洲，拥有68座，其中39座位于美国。其共加氢站约占58.4%，为过往车辆提供公共服务；专用加氢站则大约占39.6%，为特定机

41、构或特种车提供服务，仅2%的加氢站为私人加氢站，为私人车辆提供加氢服务。图 14全球加氢站分布图德国：56u 截至2017 年底， 共56座加氢站，其中45 座是公共加氢站。瑞典：4u 截至2017年底共4座加氢站。美国：39u 截至2017年底，美国有39座加氢站，其中，加利福利亚州有35座，南卡罗莱纳州有2座， 剩下2座位于东北部 。日本：92u 截至2017 年底， 共有92座加氢站。19澳大利亚：1u 壳牌HTEC推加拿大首个零售氢燃料补给站中国：31u 截至2018年2月，中国已建成及在建的加氢站共有31 座， 正在运营的有12座。法国：8u 截至2018年1月，有8个加氢站。，：1

42、2u 截至2017年底，已建立12座加氢站， 其中6座用于商业用途， 6 座用于研究。英国：47u 截至2017 年， 共有47座加氢站。2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书主要国家发展情况日本一、主要鼓励政策图 15 日本氢能及燃料电池发展路线图2020年2025年2030年2050年规划时间加氢站u 要达到160个u 要达到320个要达到900个逐步替代加油站uuu 固定式燃料电池示范达到 1400 万套规模u 家用燃料电池累计达到140万台，用户7-8年可实现投资回收家用燃料电池累计达到530万台；全面实现以氢能发电且建立大规模的氢能供应系统;实现氢燃料发电商业化，发电成

43、本控制在17日元/千瓦时，形成年均30万吨氢燃料供给能力固定式燃料电池示范达到 5300 万套规模氢燃料发电成本 降至12日元/千 瓦时，年均氢燃料供应量达到500-1000 万吨。uuu燃料电池uuu 燃料电池汽车销售量达到20万辆，基本实现燃料电池的商业化燃料电池汽车发展到80万辆下一代车（混合动力车、纯电动车、燃料电池车等）到2040年占新车销 售额的5-7成燃料电池汽车全面普及， 燃油汽车全面停售uuu燃料电池汽车图 16 日本氢能及燃料电池相关鼓励措施列表相关鼓励措施2002-2005年2006年2008年2009年2017年二、主要参与企业及成果表 10 日本氢燃料电池产业链上企业

44、相关情况20主要企业主要领域技术特点合作伙伴最近动态TOSHIBA（东芝）致力于实现氢生产的氢经济，实现零碳排放。目前正努力开发技术和产品，以更有效地生产、储存、运输和使用氢气。发布了 Dynario 甲醇燃料电池，将甲醇送入装置中，会自动发电。但提供的电流只有400mA。Iwatani2018年5月，东芝宣布与岩谷公司在北海道钏路市开展合作示范项目。松下燃料电池领域太阳能氢发电装置工作原理，一种太阳能发电技术，当阳光照射到光催化剂上时，氢和氧通过水电解产生。东京燃气公司、德国菲斯曼发布“能源与环境新技术先锋计划”岩谷产业专注于能源领域，如液态天然气、瓦斯罐及氢气等工业用气体等；目前进军机械、

45、焊接、电子设备等领域。丰田通商等2015年与丰田通商、大阳日酸设立了运营移动式加氢站的公司丰田燃料电池汽车，致力于实现零排放采用的燃料电池系统利用电解水的逆反应，产生电能的同时只排放水，实现了零排放一汽集团、广汽集团、马自达等2015年推出氢燃料电池量产车Mirai。2018年推出第二代氢燃料电池卡车，只排放水蒸气，实现了零排放。本田致力于氢燃料电池汽车的研发以及制氢技术的研发，。制氢方面，本田发明了高压水电解技术，整合了水电解和增压功能使得加氢站兼顾了小型并且低噪音的特点。Drivemode、日立汽车、通用已推出车型氢燃料电池车CLARITY，本田与通用汽车宣布达成一项长期战略合作协议202

46、0年前合作开发下一代氢燃料电池技术，以进一步推动燃料电池电动汽车（FCEV）的普及马自达致力于传统汽车研发，2015年与丰田合作进军燃料电池领域在传统汽车领域，具有汽油和柴油发动机省油技术丰田2015年，丰田和马自达在燃料电池领域展开合作 日本经产省对燃料电池研发支持共计129 亿日元，包括燃料电池、加氢站、氢能供应链 3 个方向。 新能源汽车“绿色税制” 政策: 根据汽车种类和指标， 车重税和汽车购置税可享50%100% 的减免，同时在加氢站建设方面给予约50% 的补贴。 投入2.32亿美元进行燃料电池技术研究与市场化推广， 投入1400万美元建构氢能国家技术标准，同时推行家庭用燃料电池热电

47、共生系统补助计划。 预算内给予燃料电 池及相关技术开发199 亿日元的支持； 给予燃料电池产业 化实验33亿日元的 支持；给予新能源 汽车市场导入88亿 日元的支持 燃料电池相关技术开发的经费逐年增加： 2002年为 230 亿 日 ； 2003 年为325 亿日元； 2004年和2005 年均为662 亿日元2018年氢能及燃料电池产业演进与投资价值分析白皮书主要国家发展情况美国一、主要鼓励政策图 17 美国近20年的相关鼓励政策分类发布时间2000-2005年2010年-2015年2015年-至今2005-2010年美国向氢经济过渡的2030年远景展望国家氢能发展路线图氢能技术研究、开发与

48、示范行动计划“氢燃料倡议”u 2005能源政策法u 氢立场计划u 先进能源倡议u “氢及燃料电池项目计划”u “2013财年预算案”u 加州“补贴法案”“购置税减免政策燃料电池投资税减免法关于小企业创新研究和小企业 技术转让的项目uuuu主要政策uuu2003：未来5年内投入12亿美元促进相关产业链发展 ；2006年：2013年：提出向DOE拨款63亿美元，用于燃料电池、氢能等清洁能源的研发、示范和部署等活动；加州立法机关通过了一项价值达20亿美元的延长纯净汽车和燃料补贴到2023年的法案 。2015年：投资3000万美元用于发展先进氢能与燃料电池技术； 2017年：购买燃料电池车可享受400

49、0美元税收抵免；2018年：五年内逐步减少30%的税收。拿出总计近1300万美元资金，用于资助34个州的87个新项目，其中包括4个燃料电池项目。uu南加州对氢燃料电池的生产和研究的设备实行税收全免政策；俄亥俄州250kw以下的燃料电池系统实行税收全免政 策。uuu投资资助uuu2002年：确定了氢能计划初始阶段的技术研发与示范活动的具体内容、目标等；2005年：鼓励进行氢能示范性及商业性应用。2007年：提出将继续支持氢能研发；2013年：加州要求每年建设uuu2000万美元的加氢站，直到至少在加州有100个公用的加氢站。规划愿景u二、主要参与企业及成果表 11 美国氢燃料电池产业链上企业相关

50、情况21企业主要领域技术特点合作伙伴最近动态Bloom Energy（布鲁姆能源）开发燃料电池，作为一种更加清洁和廉价的替代能源选择。基于其固体氧化物燃料电池技术，Bloom Energy服务器通过电化学过程将燃料转化为电能无需燃烧。每台能源服务器产生200到300千瓦的电力。Bloom解决方案:全天候、24x7清洁能源。沃尔玛、谷歌和快递等2018年6月13号，公司向美国证券交易委员会提交了一份关于Form S-1的注册声明，内容涉及其A类普通股的首次公开发行(IPO)。FuelCell Energy综合性燃料电池公司。为全球能源供应、回收和储存提供解决方案，主要服务电力实业、商业和企业、机

51、构等。主要从事固定式燃料电池的研究，主要产品是可用于现场发电、热电联产及分布式发电的MCFC美国机构以及POSCO和DOMINIONNuvera(努瓦拉)氢燃料电池公司致力于燃料电池系统技术与产品研发， 现场制氢和分配系统以及为客户提供清洁能源解决方案。业务覆盖制氢、氢气净化、氢气压缩和氢燃料电池制造等。产品以最早使用金属板为基底、开放式流量设计以及耐久低成本著称。Fincantieri、 Hyster Capital和耶鲁金融服务公司马萨诸塞州开始使用Nuvera氢气站,其第一站氢燃料电池公共汽车燃料通过国家燃料电池公共汽车计划项目由自由贸易协定。UTC Power（联合技术动力公司）主要生

52、产建筑用燃料电池，巴士、汽车用燃料电池，开发了空间和潜艇应用燃料电池，同时开发可再生能源解决方案以及分布式能源市场应用的冷热电联供系统。其固定磷酸燃料电池产品是PureCell模型系统， 此系统可提供400千瓦的电力和170万千瓦/小时的热量。UTC能源燃料电池系统可将潜在的浪费转化为可用的能源。与宝马、现代、日产以及美国能源部合Plug Power（普拉格公司）专注于设计、开发、制造和销售用于物料搬运叉车的燃料电池系统的供应商， 主打产品是用于叉车的PEMFC燃料电池系统GenDrive。质子交换膜燃料电池和燃料加工技术和燃料电池/蓄电池混合动力技术。Ballard、BASF、AirLiquide、雀巢、沃尔玛、快递。目前订单主要集中于GenDrive 产品，即物料搬运叉车应