2020全球燃料電池產業化發展現狀趨勢行業市場投資戰略研究報告（28頁）.pptx

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1、2020年深度行業分析研究報告,目錄, 燃料電池與純電動的技術路線區別, 產業化尚處初期，各國政策引導發展 國內技術快速追趕，尚待政策加碼,燃料電池介紹及工作原理,燃料電池工作原理,介紹：燃料電池是通過化學反應，將燃料與氧化劑中蘊含的化學能轉化為電能的裝臵。 總化學式：2 H2 +O2=2H2O 工作原理：1） H2進入燃料電池的氫電極（陽極）； 2） H2 與覆蓋在陽極上的催化劑反應，釋放電子形成帶正電荷的H+；H22H+2e- 3）H+穿過電解液到達陰極； 4）e- 流入電路，形成電流，產生電能； 5）在陰極，催化劑使H+與空氣中的O2結合形成水。 2H+2e-+1/2O2H2O,燃料電池

2、單元結構,資料來源：汽車之家,資料來源：汽車之家,燃料電池分類,分類：根據電解質的不同，燃料電池可以分為質子交換膜燃料電池(PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC)、磷酸燃料電池（PAFC）、固體氧化物燃料電池(SOFC)、堿性燃料電池（AFC）。 PEMFC電池由于運行溫度低，啟動時間短，對氧化劑要求低等特性，成為應用最廣泛的燃料電池。,電解液,燃料電池運行溫度 類型,比功率 發電效率,（）催化劑 （W/Kg） （%）,優勢劣勢應用領域,劑,加濕,45-60,工作溫度低；,化劑,軍事,50-60,劑；,運行溫度較高,發電；,燃料電池分類,PEMFC,AFCPAFC,SOFC,MCFC,

3、PEMFC電池應用最廣泛,資料來源：瑞士萬通 資料來源：瑞士萬通,燃料電池車VS電動汽車：續航+加氫時間,應用領域：燃料電池應用廣泛，由早期的潛艇、航天等特殊領域逐漸商業化至民用領域，主要分為 固定式電源、便攜式電源和交通運輸等。 交通運輸是爆發最迅猛、關注度最高的應用領域：受益各國政策，大型車企的燃料電池汽車研發如 火如荼,據國際能源署，交通運輸類的燃料電池出貨量從2011年的27.6MW暴漲至2018年的562.6MW， CAGR高達54%。 燃料電池車VS電動汽車： 1）共同點：EV與FCV是新能源汽車行業的兩只主力軍，共同點是電氣化、 綠色清潔和無噪音； 2）區別：燃料電池車續航里程長

4、，加氫時間短，但是成本高，基礎設施不完善，更適合長途運輸。 電動汽車成本低，充電方便，續航里程短，更適合乘用車等短途運輸。,資料來源：電動知家,燃料電池車VS電動汽車,國外保有量和加氫站領先，中國處于發展初期,美國：FCEV海外最大市場，保有量第一。截止2019年，美國燃料電池汽車保有量約8000輛，全球第 一，以乘用車為主。 日本：燃料電池車技術領先。日本汽車制造商自20世紀90年代起開始研究燃料電池技術，氫燃料電池 領域的專利數目遙遙領先于其他國家，在燃料電池汽車開發和商業化上世界領先。2014年，豐田推出 首款商用化的燃料電池車-Mirai，成為燃料電池車發展歷史上的重要里程碑。2015

5、年，本田緊隨其后 推出Clarity。 中國：中國燃料電池起步較晚，關鍵技術有所缺失，保有量約為5500輛，但是幾無乘用車。 加氫站：截止2018年，全球共有加氫站369座，其中歐洲152座，亞洲136座，北美78座。日本憑借102 座加氫站位居第一，德國和美國分別排名第二和第三，但與日本差距較大。日、德、美三國加氫站 共有204座，占全球總數的55%，顯示出三國在氫能與燃料電池技術領域的快速發展及前沿地位。中 國加氫站數量為22座，位居全球第四位。,資料來源：Auto Alliance,美國燃料電池車銷量自2016年快速上漲,0,2000,2500,2012年 2013年 2014年 201

6、5年 2016年 2017年 2018年 2019年,日本, 102,德國, 60,1500 中國, 22 1000 500 美國, 42,法國, 19,韓國, 14 英國, 17,丹麥, 11,資料來源：電動知家,日韓和歐美加氫站多,全球明星車型：現代NEXO和豐田Mirai, 明星車型：2019年全球氫燃料電池乘用車銷量超過7500輛，其中現代NEXO氫燃料電池汽車銷量為 4818輛，豐田Mirai銷量2407輛，合計占比超過90%。 豐田Mirai：日本汽車制造商自20世紀90年代起開始研究燃料電池技術，2014年豐田推出首款商用化的 燃料電池車-Mirai，成為燃料電池車發展歷史上的重

7、要里程碑。截止2019年， Mirai累計銷售過萬輛。 2019年底，豐田發布第二代Mirai，預計2020年上市，新車改善了燃料電池的性能以及增加了氫氣的儲 備容量，相比第一代增加了30%的續航里程。 現代NEXO：1998年，現代成立麻北新能源技術研究院研發燃料電池技術，從此開啟了現代研發燃料 電池的歷程。經過多年的研發，現代2013年推出量產的ix35 FCEV車型，2018年1月推出了第二代量產 氫燃料電池車NEXO，2019年NEXO全球銷量高達4818輛，是第二名Mirai的兩倍。,資料來源：汽車之家,全球主要燃料電池車參數,3000 2500 2000 1500 1000 500

8、 0,2019年,2015年2016年2017年2018年 資料來源：豐田官網,豐田Mirai全球銷量,全新Mirai接棒，豐田大力推進FCV產業進程, 第二代豐田Mirai ：2019年10月10日，豐田第二代Mirai正式亮相，計劃于2020年末開始在日本，北美 和歐洲啟動。2019年7月，豐田表示將在2020年擴建愛知縣產線，將FCV產能提升至每月3000臺，全 新Mirai接棒，加之產能擴張，豐田仍將引領FCV產業進程。 續航：燃料電池系統性能的改善和儲氫能力的提高將使二代Mirai續駛里程提高30，達到405英里。 外觀：與一代Mirai緊湊的外觀設計不同，新車型車基于豐田的后輪驅動

9、TNGA平臺進行了重新設計， 軸距達到2920mm。從車側來看，新車溜背造型明顯，且前懸相對較短，座艙位臵也比較靠后，視覺 上營造出一種蓄勢待發的運動感；尾燈則采用了當前比較流行的貫穿式燈帶設計，車尾整體造型依 然是豐田全新家族式風格。 內飾：新車中控臺造型復雜，向副駕駛員一側傾斜的空調出風口平臺營造出了很強的立體感，同時 中控屏等部分又向駕駛員一側傾斜，環繞式中控臺對主駕駛位的包裹感較強；據悉，中控屏尺寸為 12.3英寸，液晶儀表尺寸為8英寸。,資料來源：工業設計id,第二代豐田Mirai 外觀,資料來源：工業設計id,第二代豐田Mirai內飾,燃料電池產業化的瓶頸技術和成本, 技術：我國燃

10、料電池關鍵技術還沒解決，燃料電池系統中更為細分的部件及材料生產制造問題尚未 解決，燃料電池質子交換膜、雙極板、高壓氣瓶核心部件基本依賴進口，國內生產能力有限，產品 質量也難以滿足要求。 成本：成本居高不下極大制約了燃料電池產業化進程。 1）造車成本高。燃料電池車的材料成本昂貴，對技術的要求高，且整體產業鏈尚屬起步階段，運營 車輛較少，車企盈利較為困難。 2）加氫站建設成本高，基礎設施配套不完整。據香橙會研究院，截至2019年，我國已建成正在運營 的加氫站僅有52座，真正實現商業化運行的加氫站不超過10個。加氫站投資建設成本極高，一座中型 加氫站至少需要投資上千萬元，因而大幅降低成本成為加氫站推

11、廣面臨的首要難題。,目錄, 燃料電池與純電動的技術路線區別, 產業化尚處初期，各國政策引導發展 國內技術快速追趕，尚待政策加碼,美國：率先將燃料電池技術作為國家戰略的國家, 美國是第一個將氫能和燃料電池技術作為國家戰略的國家，美國早在2002年就頒布了國家氫能發展 路線圖，期間持續引導氫能和燃料電池發展，2019年發布氫能經濟路線圖，美國各項政策和倡 議幾乎覆蓋到了氫能和燃料電池的全產業鏈。 美國在氫能源多年來的投資取得明顯成效。據氫能經濟路線圖，截止2019年美國燃料電池車的保 有量約8000輛，世界第一，美國擁有63座加氫站，僅次于日本和德國。,氫能經濟路線圖,資料來源：新能源網,日本：氫

12、能確定為國家能源，全力建設氫能社會,日本確定氫能發展為國策：2013年日本將發展氫能提升為國策，2015年將氫能源定位為國家發電的第 三個支柱能源，2018年提出從根本上落實氫能社會。 日本燃料電池商業化應用處于世界前沿。1）民用固定熱電聯產式燃料電池發電系統2009年首次實現商 用化，使日本成為第一個將燃料電池引入民用領域的國家。2）據2019年全球加氫站年度統計報告， 日本燃料電池車由乘用車領域率先發展起來的，截止2019年6月，日本國內銷售FCV3219輛。3）日本 擁有127家加氫站，數量全球第一。,日本氫能及燃料電池相關政策梳理,資料來源：人民網，公開資料,資料來源：人民網，公開資料

13、,日本氫能/燃料電池戰略發展路線圖,韓國：氫能未來發展的投資戰略, 韓國將 “氫能產業”確定為三大創新增長戰略投 資領域之一。 早在2003 年，韓國政府就將氫能定 位于韓國政府 “21 世紀前沿科學計劃 ” 的主攻技 術領域之一，2018年韓國將 “氫能產業”確定為 三大創新增長戰略投資領域之一，2019年韓國發布 氫能經濟發展路線圖，確定了2040年發展目標。 韓國“氫能經濟”政策實施成效顯著。據韓聯社， 2019年韓國投入3700億韓元，韓國氫燃料汽車銷量 躍居全球第一，國內普及率同比增加6倍，首次突 破5000輛關口。 加氫站：韓國擁有34個加氫站，總規模雖少于日德 美，但全年新建數量

14、居全球之首，為20個。,韓國氫能及燃料電池相關政策梳理,資料來源：中國儲能網，公開資料,資料來源：中國儲能網,韓國氫能經濟發展路線圖,歐洲：能源轉型重要方向，助力歐盟脫碳減排, 歐盟將氫能源視作能源安全和能源轉型的重要方向。2003年歐盟25個國家啟動歐洲研究區項目（ERA），建 立歐洲氫燃料電池技術研發平臺，2019年發布歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉型的可持續路徑。截止2018 年底，據中國氫能源及燃料電池產業白皮書，歐洲FCV 保有量1080輛，加氫站152座，全球第一。 德國是歐洲氫能與燃料電池技術的領先國家。為推廣氫能和燃料電池，德國成立國家氫能及燃料電池組織 （NOW），負責管理和協調

15、國家氫能及燃料電池創新項目（NIP），可再生能源制氫規模全球第一。據第 十一次全球加氫站年度評估報告，截止2018年底，德國加氫站60座，歐洲第一，全球僅次于日本。 英國：雖然是最早發現氫氣及制造氫燃料電池的國家，但是由于英國政策缺乏整體性，直到2016年才出臺第 一個氫能發展整體戰略。,歐洲及德國氫能及燃料電池相關政策梳理,資料來源：中國儲能網，公開資料,中國：規劃政策力度加大，FCV發展窗口期將至,國家對氫燃料電池領域的規劃和政策支持力度明顯加大。近年來，國家對氫燃料電池領域的規劃和政 策支持力度明顯加大，在節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）、中國制造2025、 能源技術

16、革命創新行動計劃（2016-2030年）等一系列政策規劃文件中，都提出要重點研發氫燃 料電池技術，預示著我國氫燃料電池汽車產業發展窗口期已經到來。2019年,“氫能”首次寫入我國 政府工作報告。 據中汽協，中國燃料電池汽車保有量截止2019年底，約5000輛，全球第二，加氫站數量為22座，全球 第四位。,中國氫能及燃料電池相關政策梳理,資料來源：政府網站，公開資料,全球規劃清晰，歐美暫時領先,全球燃料汽車及加氫站規劃（燃料電池：萬輛，加氫站：座）,資料來源：各國氫能經濟發展路線圖,目錄, 燃料電池與純電動的技術路線區別, 產業化尚處初期，各國政策引導發展 國內技術快速追趕，尚待政策加碼,燃料電

17、池產業鏈一覽,上游：包括氫氣供應、燃料電池堆和氫氣存儲設備及配件，其中膜電極組件是最核心的部件。 中游：組裝和集成。 下游：應用，包括固定式發電裝臵、交通運輸設備和便攜式電源等。,中國氫能及燃料電池相關政策梳理,資料來源：新材料網,制氫：制氫工藝技術多種多樣,制氫工藝技術多種多樣，可分為5種典型工藝。 氫氣生產方式也因不同國家地理位臵不同而有很大差異。1）美國：95%的制氫通過大型中央工廠的 天然氣重整實現，主要原因是它是目前最經濟實惠的做法。2）中國：世界最大的制氫國家。2017年 的制氫量約為1700萬噸，62%的制氫量來自于煤或焦炭生產。3）歐洲：歐洲氫氣產量占全球21%，主 要依賴于天

18、然氣生產。,制氫方式,資料來源：中國氫能聯盟,95%,19%,62%,5%4% 15%,美國,中國,歐洲,中國主要制氫方式是氣化煤,天然氣煤炭烴類/原油其他（電解） 資料來源：中國氫能聯盟,儲氫和運氫：主要是氣態氫,資料來源：中國氫能聯盟,儲氫方式有三種：高壓氣態儲氫、低溫液氫儲氫、金屬合物固態氫，氣態儲氫方便、儲蓄條件容易滿 足、成本低，是最成熟、最常見的。 運輸方式由儲氫方式決定：壓縮氣態通過卡車/長管拖車/管道進行運輸，液態氫由卡車或其它方式運 輸，一般適合中長距離運輸，更具備經濟性，固態氫主要在特殊的容器中儲存，然后輸送。,資料來源：中國氫能聯盟,儲氫技術,運輸氫的方式,燃料電池堆：燃

19、料電池動力系統核心部分,資料來源：燃料電池發動機工程技術研究中心, 燃料電池堆：電堆是發生電化學反應的場所，也是燃料電池動力系統核心部分，由多個單體電池以串 聯方式層疊組合構成。將雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用 螺桿緊固拴牢，即構成燃料電池電堆。 工作原理：電堆工作時，氫氣和氧氣分別由進口引入，經電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板， 經雙極板導流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。 供應：1）國外乘用車廠大多自行開發電堆，并不對外開放，例如豐田、本田、現代等。2）國外可以 單獨供應車用燃料電池電堆的知名企業主要有加拿大的Ballard

20、和Hydrogenics。3）國內能夠獨立自主 開發電堆并經過多年實際應用考驗的只有大連新源動力和上海神力兩家企業。,氫燃料電池電堆構成,雙極板：電堆的核心結構零部件,雙極板：雙極板是電堆的核心結構零部件，起到均勻分配氣體、排水、導熱、導電的作用，占整個燃 料電池60%的重量和20%的成本，其性能優劣直接影響電池的輸出功率和使用壽命。 種類：雙極板材料目前主要是石墨雙極板和金屬雙極板，乘用車均采用金屬雙極板，而商用車一般采 用石墨雙極板。 供應：1）石墨雙極板的主流供應商有美國POCO、美國SHF、日本Fujikura RubberLTD等。金屬雙極 板主要供應商有瑞典Cellimpact、德

21、國Dana、美國treadstone等。2）石墨雙極板已實現國產化，金屬雙 極板國內還處于研發試制階段。3）復合雙極板兼具石墨雙極板的耐腐蝕性和金屬雙極板的高輕度， 但是成本高，研發目前還比較少。,三種雙極板,石墨雙極板金屬雙極板 資料來源：燃料電池發動機工程技術研究中心,復合雙極板,膜電極：電堆的核心,資料來源：燃料電池發動機工程技術研究中心,膜電極：膜電極是電堆的核心，類似于電腦里的CPU，決定了電堆性能、壽命和成本的上限。膜電極 組件由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層（氣體擴散層）組成。 國外膜電極水平高：國外膜電極的供應商主要有3M、Johnson Matthey、Gore、Greene

22、rity（Toray）、 Kolon、Ballard等。豐田、本田等乘用車企業自主開發了膜電極，但不對外銷售。 國產膜電極性能與國際水平接近，但專業特性上（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。,膜電極示意圖及實物圖,質子交換膜：核心元件，國產化提速,資料來源：燃料電池發動機工程技術研究中心,質子交換膜：質子交換膜燃料電池（PEMFC）的核心元件，以全氟磺酸膜為主，目前國產化進程提 速。 主流趨勢：全氟磺酸增強型復合膜，質子交換膜逐漸趨于薄型化，由幾十微米降低到十幾微米，降低 質子傳遞的歐姆極化，以達到更高的性能。 供應：國外企業有美國Gore公司，科慕（以前的杜邦）、

23、3M、日本的旭化成等，國內能夠批量化供 應只有山東東岳一家，山東東岳的膜已經進入了奔馳的供應鏈體系。,質子交換膜,催化劑：低鉑是趨勢,資料來源：燃料電池發動機工程技術研究中心,催化劑：催化劑是燃料電池的關鍵材料之一，目前燃料電池中常用催化劑是Pt/C，即由Pt的納米顆粒 分散到碳粉（如XC-72）載體上的擔載型催化劑。 低鉑趨勢：受到資源和成本方面的限制，目前Pt的用量已經由10年前的0.81g/kW降低到目前的0.1 0.4g/kW。降低燃料電池電堆Pt用量的近期目標（2020年）是下降到0.1g/kW左右；長期目標是催化劑 用量達到傳統內燃機尾氣凈化器貴金屬用量水平（0.05g/kW）。

24、供應：燃料電池催化劑的國外生產商主要有英國JohnsonMatthery，德國BASF，日本Tanaka，日本日清 紡，比利時Umicore等；國內有貴研鉑業，武漢喜馬拉雅，中科中創、蘇州擎動動力、昆山桑萊特等。,催化劑生產廠家及產品性能,催化劑,資料來源：燃料電池發動機工程技術研究中心,氣體擴散層：國外幾乎壟斷, 氣休擴散層：氣休擴散層（GDL）位于流場和膜電極之間，主要作用是為參與反應的氣體和產生的 水提供傳輸通道，并支撐膜電極。因此，GDL必須具備良好的機械強度、合適的孔結構、良好的導 電性、高穩定性。 供應：目前燃料電池生產商多采用日本東麗、加拿大Ballard、德國SGL等廠商的碳紙

25、產品。東麗占據 較大的市場份額，我國對碳紙的研發主要集中于中南大學、武漢理工大學等高校，國內江蘇天鳥具備 優秀的碳纖維織物的生產能力，但由于燃料電池市場太小，尚無量產計劃。,氣體擴散層（GDL）,國內技術快速追趕，距離國際水平仍有差距,資料來源：中國氫能源及燃料電池產業白皮書,國內上游的氫燃料電池產業：“技術引進”+“自主創新”的技術創新生態。 技術引進：1）老牌氫燃料電池龍頭加拿大巴拉德在國內與濰柴動力、大洋電機、億華通、廣東國鴻 等多家技術合作企業，其中濰柴動力、大洋電機是巴拉德的前兩大股東。2）一向保守的日本氫燃料 電池龍頭豐田汽車宣布開放包括燃料電池及電機、電控等系列專利之后，與清華、

26、億華通、北汽福田 之間達成的氫燃料電池汽車合作。 自主創新：國內氫燃料電池產業鏈各個環節的產學研合作更加密切。 ,部分核心技術以及成本控制等方面與世界先進水平仍有一定差距。1）國內電堆技術主要針對商用車，,而國際是商乘并舉；2）膜電極、雙極板等產品性能參數不及國際水平；3）催化劑、氣體擴散層等核 心材料國內并未量產。,國內電池燃料技術距離國際水平仍有差距,國內FCV產業化，尚待政策加碼,資料來源：歐洲燃料電池與氫能聯合組織(FCHJU),推動國內FCV產業化的驅動因素：1）燃料電池車優勢，2）規?；瘞沓杀鞠陆?，3）加氫站規劃數 量大，4）政策驅動。 燃料電池車優勢：1）與燃油車相比，FCV環

27、保、噪音低、能量轉化率高；2）與電動車相比，FCV續 航久，加氫快，不受溫度影響。 規?；瘞映杀鞠陆担簱绹茉床款A測，如果燃料電池車的產量能夠擴大十倍，整車成本就將下降 23%；據歐洲燃料電池與氫能聯合組織(FCHJU) 預測，在2025年，燃料電池系統生產量為50000套時， 電池堆的成本可低至11.53美元/kW。 加氫站規劃數量大：加氫站數量是制約FCV發展的重要因素。據香橙會研究院，截止2019年底，我國 已建成正在運營的加氫站僅有52座，按照規劃，2020年將達到100座，2025年將達到300座，2030年達 到1000座。 政策驅動：與大多數先進技術一樣，燃料電池技術在初期對

28、政策的依賴度較高。從國際經驗來看，美 國、歐洲、日本等國家均出于不同原因，出臺了相關政策及激勵措施，促進燃料電池產業的發展。 2019年“氫能”首次寫入我國政府工作報告，我國燃料電池汽車產業的發展，尚待政策加碼。,年 （,國內發展路徑明確，先商后乘,63,22 5,燃料電池客車廂式運輸車冷藏車 資料來源：工信部,總計,資料來源：氫能網,中國燃料電池汽車發展路徑：先商后乘。通過商用車實現規?；a，降低燃料電池車成本，同時帶 動加氫站等配套設施建設，后拓展至乘用車領域。 原因：1）燃料電池車具備續航長、加氫快等技術特點，更適合進行中長途運輸的商用車； 2）商用車一般是固定線路，沿線建設加氫站可有

29、效提升加氫站利用率； 3）據近18批次工信部發布的新能源汽車推廣應用推薦車型目錄，燃料電池商用車推薦名 錄中70%為燃料電池客車，多為政府采購，對價格敏感度較低，能夠起到一定的社會推廣效果。 重卡“柴轉氫”是趨勢。節能減排的現實需要和政府的強勢引導，給重卡“柴轉氫”創造了有利的外 部條件。同時，在大于3.5噸的商用車上，考慮車輛載重引起的能耗、自重增加等問題，純電動車型 囿于自重、續航等性能局限，已經無法成為此類車型的最優選擇。與鋰電池相比，燃料電池具備更長 的續航里程、更短的充電（加氫）時間、更輕的重量、更大的性能提升空間等顯著優點，更適合長距 離運輸領域的重型卡車。 工信部燃料電池汽車推薦名錄中70%是客車3個月內，4款氫能重卡亮相 90,