華泰證券：燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道 建議關(guān)注核心部件國產(chǎn)設(shè)備龍頭

中國氫能聯(lián)盟發(fā)布《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》預(yù)計(jì)2025年、2035年、2050年國內(nèi)氫燃料電池汽車產(chǎn)量將分比為達(dá)到5萬、130萬和500萬輛；我們以每輛燃料電池車電堆功率60kW測算，2025年、2035年、2050年國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)值分別為：144億、720億和990億元。2019年氫能產(chǎn)業(yè)被寫入政府工作報(bào)告，行業(yè)發(fā)展有望進(jìn)入快車道。我們認(rèn)為，性能提升和成本下降是氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，技術(shù)進(jìn)步和國產(chǎn)化是主要路徑，建議關(guān)注具備技術(shù)研發(fā)實(shí)力的核心部件國產(chǎn)設(shè)備龍頭：濰柴動力（控股巴拉德）（02338）、漢鐘精機(jī)、雪人股份、冰輪環(huán)境、先導(dǎo)智能。

性能提升、成本下降是燃料電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵

氫燃料電池要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，一方面電池性能要不斷提升，另一方面成本要持續(xù)下降。根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》（2019年），“燃料電池系統(tǒng)技術(shù)未來發(fā)展將會有四個(gè)方向：1-持續(xù)開發(fā)高功率系統(tǒng)產(chǎn)品；2-通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提高產(chǎn)品性能；3-通過策略優(yōu)化提高產(chǎn)品壽命；4-通過零部件優(yōu)化及規(guī)模化效應(yīng)持續(xù)降低成本。

氫燃料電池系統(tǒng)成本下降的實(shí)現(xiàn)途徑：核心技術(shù)國產(chǎn)化、規(guī)模化

燃料電池系統(tǒng)占整車成本的63%，其中四大系統(tǒng)：電堆49%（質(zhì)子交換膜5%+雙極板10%+催化劑24%）、空氣循環(huán)系統(tǒng)21%、氫氣循環(huán)系統(tǒng)5%、熱力管理系統(tǒng)9%。就燃料電池系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展水平來看，國內(nèi)電堆產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，但輔助系統(tǒng)關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展落后；系統(tǒng)及整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，但大多采取國外進(jìn)口零部件，對外依存度高。我們認(rèn)為，關(guān)鍵核心零部件的國產(chǎn)化至關(guān)重要，只有實(shí)現(xiàn)技術(shù)國產(chǎn)化——降低成本——規(guī)?；M(jìn)一步降低成本的良性循環(huán)，才能實(shí)現(xiàn)氫燃料產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化。

燃料電池電堆基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，輔助系統(tǒng)國產(chǎn)化正在提速

1）燃料電池堆中，質(zhì)子交換膜國內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，石墨雙極板技術(shù)國內(nèi)已經(jīng)成熟，金屬雙極板是未來趨勢，催化劑國內(nèi)有小規(guī)模生產(chǎn)，超低鉑或無鉑是未來的研發(fā)重點(diǎn)。2）供氣系統(tǒng)的空壓機(jī)國內(nèi)已經(jīng)有成熟產(chǎn)品，主流技術(shù)是螺桿壓縮機(jī)和渦旋壓縮機(jī)，有望實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代；氫氣循環(huán)系統(tǒng)主要依靠進(jìn)口，預(yù)計(jì)2019年領(lǐng)先廠商會有產(chǎn)品推出；3）車用儲氫系統(tǒng)中，國內(nèi)已掌握35MPa儲氫瓶制造技術(shù)，正在推進(jìn)70 MPa儲氫瓶的研制工作。

建議關(guān)注有望實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代的燃料電池系統(tǒng)及核心零部件供應(yīng)商

建議關(guān)注燃料電池系統(tǒng)核心零部件公司：濰柴動力（控股巴拉德）、美錦能源(控股佛山飛馳、參股膜電極公司廣州鴻基)、雄韜股份(布局膜電極、電堆及系統(tǒng))、雪人股份（控股空氣循環(huán)系統(tǒng)供應(yīng)商OPCON，參股電堆企業(yè)雪吉能）、漢鐘精機(jī)（空氣循環(huán)系統(tǒng)、氫氣循環(huán)系統(tǒng)）、先導(dǎo)智能（膜電極生產(chǎn)設(shè)備）。

風(fēng)險(xiǎn)提示：關(guān)鍵材料和核心技術(shù)尚未自主；基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足；商業(yè)化推廣模式尚未建立；專項(xiàng)規(guī)劃和政策體系尚未形成。

注：本文摘編自華泰證券研究所已對外發(fā)布的研究報(bào)告，具體內(nèi)容應(yīng)以研究報(bào)告原文為準(zhǔn)。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋：氫的制取、儲運(yùn)、加氫站、氫燃料電池動力系統(tǒng)、氫燃料電池汽車多個(gè)環(huán)節(jié)。本文為華泰機(jī)械氫能產(chǎn)業(yè)鏈研究第一篇，主要研究對象為氫燃料電池動力系統(tǒng)及其核心部件。

預(yù)計(jì)2050年國內(nèi)氫燃料電池汽車銷量將達(dá)到500萬輛

中國氫能聯(lián)盟發(fā)布《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》（2019年），認(rèn)為氫能將成為中國能源體系的重要組成部分，預(yù)計(jì)2020~2025年國內(nèi)氫燃料電池汽車達(dá)到5萬輛；2026~2035年達(dá)到130萬輛；2036~2050年達(dá)到500萬輛。2018年國內(nèi)氫燃料電池汽車銷量為1619輛，發(fā)展空間大。

以每輛燃料電池車電堆功率60kW計(jì)算，分別對應(yīng)2025年、2035年、2050年銷量目標(biāo)計(jì)算， 2025年、2035年、2050年國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)值分別為：144億、720億和990億元；國內(nèi)燃料電池電堆的產(chǎn)值為：104億元、518億元和713億元。

2025~2050年主要核心零部件的產(chǎn)值如下表：

質(zhì)子交換膜的產(chǎn)值分別為：39億元、194億元和267億元；

擴(kuò)散層的產(chǎn)值分別為：27億元、137億元和188億元；

催化劑的產(chǎn)值分別為：27億元、137億元和188億元；

雙極板的產(chǎn)值分比為：7億元、36億元和50億元；

輔助系統(tǒng)（空氣、氫氣循環(huán)系統(tǒng)）的產(chǎn)值分別為：39億元、194億元和267億元。

性能提升、成本下降是燃料電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵

氫燃料電池車要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，一方面電池性能要不斷提升，另一方面成本要持續(xù)下降。燃料電池系統(tǒng)是燃料電池車核心技術(shù)的體現(xiàn)，也是成本的主要來源，因此燃料電池系統(tǒng)的成本下降和性能提升是關(guān)鍵。

性能提升的核心指標(biāo)：比功率、耐久性

國內(nèi)燃料電池整體技術(shù)水平與日本、韓國等領(lǐng)先國家存在差距。自“十五”新能源汽車重大科技專項(xiàng)啟動以來，在一系列重大項(xiàng)目的支持下，燃料電池技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，初步掌握了燃料電池電堆與關(guān)鍵材料、動力系統(tǒng)于核心部件、整車集成等核心技術(shù)；部分關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)室水平已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平。但國內(nèi)工程化、產(chǎn)業(yè)化水平相對滯后，總體技術(shù)水平與日、韓等國家還有差距，具體表現(xiàn)在整車性能上，中國燃料電池車在動力性能、綜合效率、電堆功率、耐久性上，與日韓還有差距。

根據(jù)美國能源部（DOE）發(fā)布的《Fuel Cell Technical Team Roadmap》（2017年），為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)化目標(biāo)，燃料電池系統(tǒng)需滿足以下要求：

1）比功率：2020年達(dá)到650W/kg，2025年達(dá)到900W/kg；

2）耐久性：2020年達(dá)到5000h，2025年達(dá)到8000h；

3）規(guī)模生產(chǎn)成本：2020年達(dá)到40 USD/kW，2025年達(dá)到35 USD/kW

根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》（2019年），“燃料電池系統(tǒng)技術(shù)未來發(fā)展將會有四個(gè)方向：

1） 持續(xù)開發(fā)高功率系統(tǒng)產(chǎn)品；

2） 通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提高產(chǎn)品性能；

3） 通過策略優(yōu)化提高產(chǎn)品壽命；

4） 通過零部件優(yōu)化及規(guī)模化效應(yīng)持續(xù)降低成本。

燃料電池系統(tǒng)成本：質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層，空氣循環(huán)系統(tǒng)成本下降空間大

2017年美國燃料電池系統(tǒng)年產(chǎn)50萬套成本已從2006年的124美元/Kw下降到45美元/Kw，根據(jù)DOE 《Fuel Cell System Cost–2017》的預(yù)測，2020年將下降到40美元/Kw。當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到50萬臺套時(shí)，規(guī)模效應(yīng)將加速成本下降，燃料電池系統(tǒng)的成本將下降到45$/kWnet，電堆成本將下降到19$/kWnet。

質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層，空氣循環(huán)系統(tǒng)成本下降空間大。具體看電堆的主要核心零部件成本下降的幅度，其中質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層成本下降的空間最大，以公交車為例，如果產(chǎn)量翻4倍，達(dá)到1000套/年，燃料電池系統(tǒng)成本下降38%，其中，質(zhì)子交換膜和擴(kuò)散層的成本下降幅度分比為58%和56%。輔助系統(tǒng)中，空氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)系統(tǒng)的下降空間也可觀。雙極板和催化劑成本下降的空間相對小一些。

從燃料電池系統(tǒng)成本構(gòu)成來看，以年產(chǎn)1000套公交車為例，電堆成本占比72%（其中：質(zhì)子交換膜27%、擴(kuò)散層19%、催化劑19%、雙極板占比5%），輔助系統(tǒng)占比27%。

根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》（2019年）中的目標(biāo)，燃料電池系統(tǒng)的成本要從2019年的8000元/KW下降到2025年4000元/KW ，2035年下降到800元/KW ，2050年進(jìn)一步下降到300元/KW，如果單車燃料電池系統(tǒng)的功率為100 KW，則單車燃料電池系統(tǒng)的成本可控制在3萬左右。核心零部件制造技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，燃料電池的成本有望不斷下降。目前我國燃料電池核心部件的技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比尚有較大差距，許多關(guān)鍵材料仍需進(jìn)口，國產(chǎn)化率偏低，造成成本費(fèi)用高昂，成本也有很大的下降空間。

氫能儲運(yùn)是瓶頸，國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在提速

氫燃料電池汽車的發(fā)展離不了氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施的保障，國內(nèi)制氫、氫能儲運(yùn)、加氫環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展薄弱，未來建設(shè)提升的空間較大。氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈包含：氫能制儲、加氫基礎(chǔ)和燃料電池三大環(huán)節(jié)。截止到2018年底，國內(nèi)已有3座液氫工廠，產(chǎn)能1060噸/年，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》（2017年11月2日發(fā)布）的規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2030年，國內(nèi)燃料電池汽車加氫量將達(dá)到60萬噸/年，年復(fù)合增速超過60%；截止到2018年底，國內(nèi)已建成加氫站23座，在建17座，合計(jì)40座，《路線圖》預(yù)測到加氫站將達(dá)到1000座，年復(fù)合增速28%。

國內(nèi)氫能源充足，短期來看工業(yè)副產(chǎn)制氫是主要方式。《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》（2019年）的數(shù)據(jù)，截止到2018年，中國工業(yè)副產(chǎn)氫源可供氫氣約400萬噸，可為約3000萬輛燃料電池汽車提供氫氣。短期來看，工業(yè)副產(chǎn)制氫成本低，接近消費(fèi)市場，將成為國內(nèi)重要的供氫主體。長期來看，再生能源電解水制氫將發(fā)展成為有效的供氫主體。

儲氫技術(shù)：短期車載儲氫以70MPa氣態(tài)方式為主，中期以氣態(tài)、液態(tài)多種方式協(xié)同。目前國內(nèi)主要采取的是高壓氣態(tài)儲氫方式，低溫液態(tài)儲氫在航天領(lǐng)域得到應(yīng)用，有機(jī)液態(tài)儲氫在燃料電池客車車載儲氫項(xiàng)目中得到示范，固態(tài)儲氫在分布式發(fā)電項(xiàng)目中得到示范。

氫運(yùn)輸技術(shù)：國內(nèi)目前以20MPa高壓長管拖車為主要方式，未來將以高壓、液態(tài)氫罐和管道運(yùn)輸相結(jié)合的方式。

產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼政策大力扶持行業(yè)發(fā)展

2015年開始，國家陸續(xù)出臺多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策出臺支持燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展；2019年兩會期間，“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”等若干項(xiàng)內(nèi)容被寫入《政府工作報(bào)告》，氫能源標(biāo)志著國家層面對氫能源利用的重視，預(yù)計(jì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)扶持政策有望陸續(xù)推出。中國氫能源產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入快車道。

各地方政府越來越重視燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，紛紛響應(yīng)國家政策，出臺發(fā)展規(guī)劃等政策來大力扶持燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2018年出臺的支持政策數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2017年。

2019年3月26日，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》，明確：1-過渡期期間（2019.03.26-2019.06.25）銷售上牌的燃料電池汽車按2018年對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的0.8倍補(bǔ)貼。2-地方應(yīng)完善政策，過渡期后不再對新能源汽車(新能源公交車和燃料電池汽車除外)給予購置補(bǔ)貼，轉(zhuǎn)為用于支持充電(加氫)基礎(chǔ)設(shè)施“短板”建設(shè)和配套運(yùn)營服務(wù)等方面。財(cái)政部表示，正在研究支持燃料電池汽車和加快推廣新能源公交車的政策措施，將按程序報(bào)批后另行發(fā)布。

燃料電池汽車由燃料電池系統(tǒng)、儲氫瓶、驅(qū)動電機(jī)、整車控制系統(tǒng)、輔助電池系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)DOE《Fuel Cell System Cost–2017》數(shù)據(jù)，燃料電池系統(tǒng)占整車成本約63%，由燃料電池堆（催化劑、雙極板、質(zhì)子交換膜），空氣循環(huán)系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)四大部分構(gòu)成。

關(guān)鍵核心零部件的國產(chǎn)化至關(guān)重要。就燃料電池系統(tǒng)技術(shù)具體來看，國內(nèi)電堆產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，但輔助系統(tǒng)關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展落后；系統(tǒng)及整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，但大多采取國外進(jìn)口零部件，對外依存度高。

燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵部件之一：電堆

膜電極組件成本約占燃料電池堆的56%。燃料電池電堆由多個(gè)單體燃料電池以串聯(lián)方式層疊組合而成，單體燃料電池由雙極板、膜電極組件MEA (催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層-碳紙/碳布)、密封圈等部件組成。以產(chǎn)量500000 sys/yr為例，燃料電堆成本構(gòu)成中，雙極板成本占比28%、膜電極組件MEA成本占比56%，其中，催化劑、質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層分別占41%、9%、6%（數(shù)據(jù)來自于DOE《Fuel Cell System Cost–2017》）。

雙極板：金屬雙極板是發(fā)展趨勢，國內(nèi)尚在研發(fā)中

雙極板在燃料電池堆中的體積和重量占比最大，成本占比28%（數(shù)據(jù)來自于DOE《Fuel Cell System Cost–2017》）。主要功能有：(1)連接單體模塊；(2)分隔反應(yīng)氣體；(3)收集電流；(4)散熱和排水等。其基體材料需具有強(qiáng)度高、致密性好、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好等特點(diǎn)，材料的選擇將直接影響燃料電池的電性能和使用壽命。

石墨雙極板目前最成熟，金屬與復(fù)合材料雙極板有較大發(fā)展空間。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，其中石墨雙極板最早被開發(fā)使用，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，并已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用了。同時(shí)，表面改性的金屬板以及成本降低的復(fù)合雙極板是未來發(fā)展的趨勢。

根據(jù)《2019年中國燃料電池雙極板行業(yè)分析報(bào)告-行業(yè)規(guī)模現(xiàn)狀與發(fā)展?jié)摿υu估》，目前國際市場上，歐美日石墨、金屬雙極板整體較強(qiáng)，美、英復(fù)合材料雙極板處于世界先進(jìn)水平。國內(nèi)發(fā)展情況來看，石墨雙極板較成熟，個(gè)別廠商已達(dá)國際先進(jìn)水平，如上海弘楓實(shí)業(yè)、上海弘竣、淄博聯(lián)強(qiáng)等；金屬和復(fù)合材料雙極板在我國研究較晚，現(xiàn)階段國內(nèi)金屬和復(fù)合材料雙極板的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)有武漢理工大學(xué)、愛德曼氫能源、新源動力等。

質(zhì)子交換膜：國內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

質(zhì)子交換膜的作用是在反應(yīng)時(shí)，只讓陽極失去電子的氫離子（質(zhì)子）透過到達(dá)陰極，但阻止電子、氫分子、水分子等通過，因而需要其具有以下幾個(gè)特性：（1）電導(dǎo)率高（高選擇性地離子導(dǎo)電而非電子導(dǎo)電）；（2）化學(xué)穩(wěn)定性好(耐酸堿和抗氧化還原能力)；（3）熱穩(wěn)定性好；（4）良好的機(jī)械性能（如強(qiáng)度和柔韌性）；（5）反應(yīng)氣體的透氣率低、水的電滲系數(shù)??；（7）可加工性好、價(jià)格適當(dāng)。

全氟磺酸型膜是目前燃料電池主要采用的膜材料，全球全氟磺酸型膜的供應(yīng)商集中于日本和歐美國家，其中應(yīng)用最廣泛的是美國杜邦公司的Nafion系列膜。

全氟磺酸膜有不耐高溫、成本高等缺陷，復(fù)合膜、高溫膜、堿性膜等是未來革新方向，全氟磺酸膜有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、濕度大條件下導(dǎo)電率高等優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也存在缺點(diǎn)：溫度升高時(shí)會引起質(zhì)子傳導(dǎo)性變差、高溫時(shí)易發(fā)生化學(xué)降解、單體合成困難、成本高等。因此各機(jī)構(gòu)也在研究其他類型的膜，例如復(fù)合膜是通過復(fù)合的方法來改性全氟型磺酸膜從而提升其耐高溫性和阻醇性；堿性膜對應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)的工作環(huán)境為堿性，在這種狀態(tài)下催化劑選擇的范圍可以更寬泛，不僅限于鉑，還可以使用鎳和銀等；美國3M公司開發(fā)的一種新型PAIF（PerFluoro Imide Acid）高溫質(zhì)子交換膜，其某些特性參數(shù)已經(jīng)達(dá)到甚至超過2020年目標(biāo)，且在年產(chǎn)50萬套的假設(shè)下，價(jià)格有望下降到18美元/m2，低于2020年的20美元/m2的目標(biāo)。

根據(jù)《2018-2019年中國汽車動力蓄電池及氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展》的數(shù)據(jù)，國內(nèi)的武漢理工新能源公司、山東東岳集團(tuán)、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，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。

催化劑：超低鉑或無鉑是未來方向

催化劑作用于氫氣，使電子離開氫原子。目前Pt/C載體型催化劑是PEMFC最常用的催化劑，由納米級的Pt顆粒（3~5nm）和支撐這些Pt顆粒的大比表面積活性炭構(gòu)成。

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(jià)格高昂的貴金屬催化劑，鉑載量已大幅下降，超低鉑或無鉑（PGM-free）是未來研究重點(diǎn)。燃料電池零部件的成本主要來源于原材料與加工費(fèi)用，加工成本主導(dǎo)的部件(如質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層)的成本可通過規(guī)?；a(chǎn)來降低，但材料成本占主導(dǎo)的催化劑難以通過量產(chǎn)來降低成本。因此，減少鉑的使用量才是降低催化劑成本的有效途徑。20世紀(jì)60年代美國通用采用鉑黑作為催化劑，鉑載量超過4 mg/cm2，而現(xiàn)在3M公司已經(jīng)開發(fā)出可量產(chǎn)的有序化膜電極，鉑載量僅為0.118 mg/cm2，有了大幅下降。但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(qiáng)催化劑的耐久性、或是開發(fā)新的催化劑來替代鉑的使用。

根據(jù)《2018-2019年中國汽車動力蓄電池及氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展》的數(shù)據(jù)，燃料電池催化劑的生產(chǎn)商為美國的3M、Gore，英國的Johnson Matthery，德國的BASF，日本的Tanaka，比利時(shí)的Umicore等，國內(nèi)大連化物所具備小規(guī)模生產(chǎn)的能力。

氣體擴(kuò)散層：規(guī)?；a(chǎn)工藝是研究重點(diǎn)

氣體擴(kuò)散層（GDL）起著分布反應(yīng)氣體、在電極和雙極板之間傳導(dǎo)電子和熱量、與平衡電極表面水分的作用。對于氣體擴(kuò)散層，不僅有透氣/透水性好、導(dǎo)電/導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等物理化學(xué)性質(zhì)，還要具有易于規(guī)模生產(chǎn)和價(jià)格便宜等商業(yè)方面的要求。

碳纖維紙/布是一種廣泛使用的擴(kuò)散層材料，規(guī)模化生產(chǎn)工藝是研發(fā)重點(diǎn)。目前商業(yè)化碳纖維紙/布等材料從性能上已能夠很好地滿足要求，而氣體擴(kuò)散層是加工費(fèi)用主導(dǎo)成本的部件，規(guī)模化生產(chǎn)將會帶來大幅的成本削減，根據(jù)Strategic Analysis 2014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(shí)，成本會從$2,661/套降到$102/套，因此開發(fā)擴(kuò)散層大規(guī)模生產(chǎn)工藝是未來研究重點(diǎn)。

根據(jù)《2018-2019年中國汽車動力蓄電池及氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展》的數(shù)據(jù)，目前碳紙產(chǎn)品由幾個(gè)國際大生產(chǎn)商壟斷，如加拿大巴拉德、日本Toray和德國SGL。我國的碳紙開發(fā)生產(chǎn)落后于國外，國內(nèi)上海和森公司有小批量碳紙產(chǎn)品，臺灣碳能科技公司的碳紙產(chǎn)品價(jià)格較低，獲得了一定市場認(rèn)可；中國石油大學(xué)和東華大學(xué)也在從事相關(guān)研究。

燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵部件之二：空氣循環(huán)系統(tǒng)

空氣壓縮機(jī)是保證燃料電池高效可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備

空氣循環(huán)系統(tǒng)總成本占燃料電池系統(tǒng)的22%。主要由空氣壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、電機(jī)、連接管道等組成，工作能耗占燃料電池輸出功率的20~30%（數(shù)據(jù)來自于DOE《Fuel Cell System Cost–2017》）。

√ 氧分壓決定了燃料電池的功率密度。在相同電流密度下，隨著供氣壓力的提高，電池的輸出電壓也出現(xiàn)了相應(yīng)的升高，從而提高了燃料電池的輸出功率。

√ 提高反應(yīng)壓力對于燃料電池內(nèi)的水／熱管理有明顯的改進(jìn)。燃料電池中的水管理的目的是保持燃料電池入口空氣的濕潤所需要的水量、電池內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的水，以及從電堆出口回收的水的總和相平衡，一旦這個(gè)平衡被打破，燃料電池就無法正常工作。在低壓的條件下，空氣的含水量將增加，同時(shí)低壓將減緩燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)，所以更多的水分被排出到大氣中，水平衡就有可能被打破。

√ 20％～30％的燃料電池輸出功率將被用于提升空氣的壓力，占附加能耗的95%。以壓縮機(jī)為主要部件的空氣管理系統(tǒng)也就成為了除驅(qū)動電機(jī)之外燃料電池最大的能量消耗部件，其綜合性能在很大程度上決定了裝備燃料電池的電動汽車性能，因此研究高效、緊湊、可靠和低成本的空氣管理系統(tǒng)就成為了當(dāng)前車載燃料電池研究領(lǐng)域中的重要任務(wù)。

技術(shù)壁壘高，渦旋和雙螺桿空壓機(jī)是目前主流技術(shù)路線

由于燃料電池的特殊要求，供氣循環(huán)系統(tǒng)有很多有待解決的技術(shù)難點(diǎn)，使目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)壓縮機(jī)無法滿足燃料電池電動汽車的需求。一方面，為了保證質(zhì)子交換膜具有良好的工作特性，要求供氣系統(tǒng)供給燃料電池堆的壓縮空氣絕對干凈。另一方面，為了保證PEMFC具有較好的綜合性能，要求供氣子系統(tǒng)能夠根據(jù)燃料電池輸出功率的大小及時(shí)調(diào)整供氣量與供氣壓力，并具有結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，噪聲低，可靠性高，能量可回收等特點(diǎn)：

√較高的能量轉(zhuǎn)化率，在車輛行使過程中，空氣壓縮機(jī)工作的動力來源是燃料電池的電能輸出，若壓縮機(jī)占用較多的輸出電能，必然會減少汽車的驅(qū)動功率從而影響整車的性能；

√ 燃料電池中的質(zhì)子交換膜要求壓縮空氣完全無油，并且具有一定的濕度，因此通常使用的噴油冷卻壓縮機(jī)就不適合應(yīng)用在這一領(lǐng)域。需要提供壓力相當(dāng)高、低流量的干凈空氣，必須不含任何碳?xì)浠衔?，如油?/p>

√為了獲得運(yùn)行效率，壓縮機(jī)需要在全負(fù)荷時(shí)的任何時(shí)間都能高效地工作，在寬的流量范圍能都能高效工作，能夠無延遲的調(diào)整燃料電池的功率輸出；

√車載環(huán)境要求壓縮機(jī)部件在能夠提供較大空氣排量的同時(shí)具有非常小的質(zhì)量、體積以及高可靠性；

√燃料電池運(yùn)行時(shí)無聲，壓縮機(jī)噪聲必須控制；

√ 對材料要求：為滿足壓縮機(jī)的低成本、低噪音和耐久性目標(biāo)，必須為壓縮機(jī)關(guān)鍵部件開發(fā)具有低成本、穩(wěn)定摩擦性能以及耐磨的涂層和材料。

旋轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)和渦輪式壓縮機(jī)是目前的研究運(yùn)用重點(diǎn)。各大類壓縮機(jī)都各具特點(diǎn)，需要對其弱點(diǎn)進(jìn)行研究并加以克服，從而滿足燃料電池的需要。從效率和可靠性來看，渦輪和螺桿空氣壓縮機(jī)是目前被認(rèn)為最優(yōu)的兩種技術(shù)路線，也是未來運(yùn)用趨勢：

√ 螺桿壓縮機(jī)：目前美國通用、Plug Power、德國Xcellsis、加拿大Ballard等公司的燃料電池中都采用了螺桿壓縮機(jī)壓縮機(jī)/膨脹機(jī)供氣系統(tǒng)。德國大眾公司在Bora燃料電池發(fā)動機(jī)汽車上采用的噴水螺桿壓縮機(jī)，是國際燃料電池技術(shù)的重大進(jìn)展之一；

√ 渦旋壓縮機(jī)：日本豐田（TOYOTA）、美國UTC等公司的燃料電池系統(tǒng)采用了渦旋機(jī)械作為其供氣系統(tǒng)的核心部件。

燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵部件之三：氫氣供給系統(tǒng)

氫氣供給系統(tǒng)影響車輛的安全性與壽命

優(yōu)質(zhì)供氫系統(tǒng)必須具備儲氫量大、穩(wěn)定性好、安全性高等特點(diǎn)，才能保證燃料電池車的高續(xù)航里程及耐久性。車載供氫系統(tǒng)包括壓力流量調(diào)整元件、氫氣泄漏傳感器、供氫管路、控制系統(tǒng)、氫氣再循環(huán)系統(tǒng)等（通常不包括儲氫瓶）。供氫系統(tǒng)的工作過程可以分為加氫、儲氫和輸氫三個(gè)過程：加氫站的加氫系統(tǒng)通過單向閥向車載儲氫瓶注入氫氣；儲氫瓶儲存高純度（99.999%）、高壓力（35或70MPa）的氫氣；燃料電池需要?dú)錃鈺r(shí)，經(jīng)過減壓/穩(wěn)壓閥后，壓力降為所需要求，再通過電動調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、流量計(jì)和加濕器進(jìn)入電堆進(jìn)行反應(yīng)，少量多余的氫氣進(jìn)入氫氣再循環(huán)系統(tǒng)，或經(jīng)過處理后排入大氣。

√ 供氫的穩(wěn)定性好有助于燃料電池耐久性：儲氫氣瓶氫氣的出口壓力為35/70MPa，燃料電池車的電池反應(yīng)堆要求氫氣壓力為遠(yuǎn)小于出口壓力，而壓力調(diào)節(jié)不當(dāng)易造成質(zhì)子交換膜的永久損壞，因此氫氣壓力調(diào)整裝置要保證壓力穩(wěn)定性；

√ 安全性高是必備條件：氫氣是一種易燃易爆的氣體，為防止氫氣出現(xiàn)泄露、超壓、超溫和過流等情況，保證系統(tǒng)正常工作，需要對系統(tǒng)的壓力、溫度和氫氣流量進(jìn)行檢測，采用起安全作用的元件或措施。

氫氣再循環(huán)裝置：影響氫氣利用率、解決水管理問題

氫氣再循環(huán)裝置可提高氫氣利用率，同時(shí)解決電堆水管理問題，影響燃料電池發(fā)動機(jī)的耐久性。為了保證燃料電池的正常運(yùn)行，通常采用氫氣循環(huán)的方法，把電池內(nèi)部生成的水帶出電池后經(jīng)過水氣分離裝置，將液態(tài)水分出后，再將氫氣循環(huán)回到電池重復(fù)使用。一方面可以實(shí)現(xiàn)把反應(yīng)氣尾氣的水分帶入電池起到增濕作用；另一方面可以提高氫氣在燃料電池陽極流道內(nèi)流速，防止陽極水的累積，避免陽極水淹，此外還能提高氫氣利用率。

氫氣循環(huán)供應(yīng)系統(tǒng)有多種形式，目前比較常見的是氫氣循環(huán)泵和回氫引射裝置。有的燃料電池單獨(dú)使用這兩種裝置中的一種，有的同時(shí)使用兩種裝置；

√ 氫氣循環(huán)泵：采用電機(jī)變頻控制電機(jī)，使回流能力根據(jù)不同功率進(jìn)行響應(yīng)，可以有效改善氫循環(huán)、靈活性高，但是需消耗額外的電以維持其運(yùn)轉(zhuǎn)。

√ 引射器：不需要消耗額外的電力，且結(jié)構(gòu)簡單因此運(yùn)行可靠、壽命較長，但是回流能力是固定的，因此只能在一定的輸出功率范圍內(nèi)有效。

再循環(huán)裝置的規(guī)?；a(chǎn)有助于成本的大幅下降。以引射器為例，根據(jù)DOE《Fuel Cell System Cost–2017》）的數(shù)據(jù)，一臺引射器的價(jià)格在2005年時(shí)約為300美元，但是大規(guī)模生產(chǎn)后，成本會有大幅度下降，有望達(dá)到20美元/臺。國外已有投入使用的氫循環(huán)裝置，國內(nèi)目前仍處于開發(fā)階段，尚無成熟產(chǎn)品。

√ 美國Park公司開發(fā)出了氫氣循環(huán)泵，可用于不同的燃料電池汽車；

√ 美國H2 Systems公司開發(fā)并提供氫氣循環(huán)泵的系列產(chǎn)品（Hyrdogen Recirculation Blower Series ）；

√ 美國的Argoone國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了氫氣引射裝置（Ejector）及氫氣泵混合循環(huán)系統(tǒng)；

√各大汽車公司也開發(fā)了相應(yīng)的氫氣循環(huán)裝置，并用于燃料電池發(fā)動機(jī)，例如氫氣回流泵在豐田汽車公司Mirai燃料電池車上得到了實(shí)施。

√國內(nèi)正處于研發(fā)階段，有一些發(fā)明專利，還并沒有成熟產(chǎn)品。

燃料電池動力總成：雄韜股份、新源動力、重塑科技、錫力科技、億華通、上海汽車（控股新源動力、捷氫科技）。

燃料電池電堆：巴拉德（燃料電堆龍頭，美國上市）、濰柴動力（控股巴拉德）、大洋電機(jī)（參股巴拉德動力）、江蘇陽光（參股上海神力）、美錦能源（控股佛山飛馳、參股膜電極公司廣州鴻基）；

燃料電池空氣循環(huán)系統(tǒng)：雪人股份（控股空氣循環(huán)系統(tǒng)供應(yīng)商OPCON，參股電堆企業(yè)雪吉能）、漢鐘精機(jī)（自主研發(fā)）。

燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)：漢鐘精機(jī)（自主研發(fā)）。

關(guān)鍵材料和核心技術(shù)尚未自主。近年來，我國發(fā)布一系列政策引導(dǎo)鼓勵(lì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在關(guān)鍵零部件和技術(shù)開發(fā)方面已有突破。比如，液氫儲罐已經(jīng)可以完全國產(chǎn)化，最大容積可達(dá)300立方米；關(guān)于氦制冷循環(huán)設(shè)備方面，我國已掌握核心技術(shù)。但與發(fā)達(dá)國家相比，關(guān)鍵零部件主要依靠進(jìn)口，燃料電池的關(guān)鍵材料包括催化劑、質(zhì)子交換膜以及炭紙等材料大都采用進(jìn)口材料；關(guān)鍵組件制備工藝急需提升，膜電極、雙極板、空壓機(jī)、氫循環(huán)泵等和國外存在較大差距；關(guān)于氫品質(zhì)、儲運(yùn)、加氫站和安全標(biāo)準(zhǔn)較少，氫氣品質(zhì)檢測和氫氣泄露等重要測試裝備欠缺，權(quán)威檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)尚未形成。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足。我國氫燃料電池汽車尚處起步階段，運(yùn)營車輛較少，營利較困難，加氫站的建設(shè)運(yùn)營無法通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)平衡收支，導(dǎo)致建設(shè)運(yùn)營模式不夠成熟，加氫設(shè)備產(chǎn)業(yè)化能力不足、成本偏高?；A(chǔ)設(shè)施不足又反過來影響氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用。截至2019年3月底，我國實(shí)際運(yùn)營加氫站僅24座，在建20座，主要分布于廣東、上海、江蘇等省市，多為示范型或?yàn)槭痉缎推囂峁┘幼⒎?wù)，暫未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營。

商業(yè)化推廣模式尚未建立。全產(chǎn)業(yè)鏈成本高是制約商業(yè)化運(yùn)行的重要原因。從制氫環(huán)節(jié)看，現(xiàn)有制氫技術(shù)大多依賴煤炭、天然氣等一次性能源，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)依然存在，利用可再生能源則存在效率低、綜合成本高等問題；從儲氫環(huán)節(jié)看，雖然加壓壓縮儲氫、液化儲氫、有機(jī)化合物儲氫等技術(shù)均取得較大進(jìn)步，但儲氫密度、安全性和儲氫成本之間的平衡關(guān)系尚未解決，離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有距離。

專項(xiàng)規(guī)劃和政策體系尚未形成。雖然我國從戰(zhàn)略層面肯定氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但專項(xiàng)規(guī)劃以及政策體系缺位，產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、目標(biāo)和重點(diǎn)尚待明確。氫氣仍納入?；饭芾?，有關(guān)主管部門不夠明確，加氫站審批難度較大，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成較大制約。

（編輯：孔文婕）