1、2020年深度行业分析研究报告,目录, 燃料电池与纯电动的技术路线区别, 产业化尚处初期，各国政策引导发展 国内技术快速追赶，尚待政策加码,燃料电池介绍及工作原理,燃料电池工作原理,介绍：燃料电池是通过化学反应，将燃料与氧化剂中蕴含的化学能转化为电能的装臵。 总化学式：2 H2 +O2=2H2O 工作原理：1） H2进入燃料电池的氢电极（阳极）； 2） H2 与覆盖在阳极上的催化剂反应，释放电子形成带正电荷的H+；H22H+2e- 3）H+穿过电解液到达阴极； 4）e- 流入电路，形成电流，产生电能； 5）在阴极，催化剂使H+与空气中的O2结合形成水。 2H+2e-+1/2O2H2O,燃料电池

2、单元结构,资料来源：汽车之家,资料来源：汽车之家,燃料电池分类,分类：根据电解质的不同，燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池(SOFC)、碱性燃料电池（AFC）。 PEMFC电池由于运行温度低，启动时间短，对氧化剂要求低等特性，成为应用最广泛的燃料电池。,电解液,燃料电池运行温度 类型,比功率 发电效率,（）催化剂 （W/Kg） （%）,优势劣势应用领域,剂,加湿,45-60,工作温度低；,化剂,军事,50-60,剂；,运行温度较高,发电；,燃料电池分类,PEMFC,AFCPAFC,SOFC,MCFC,

3、PEMFC电池应用最广泛,资料来源：瑞士万通 资料来源：瑞士万通,燃料电池车VS电动汽车：续航+加氢时间,应用领域：燃料电池应用广泛，由早期的潜艇、航天等特殊领域逐渐商业化至民用领域，主要分为 固定式电源、便携式电源和交通运输等。 交通运输是爆发最迅猛、关注度最高的应用领域：受益各国政策，大型车企的燃料电池汽车研发如 火如荼,据国际能源署，交通运输类的燃料电池出货量从2011年的27.6MW暴涨至2018年的562.6MW， CAGR高达54%。 燃料电池车VS电动汽车： 1）共同点：EV与FCV是新能源汽车行业的两只主力军，共同点是电气化、 绿色清洁和无噪音； 2）区别：燃料电池车续航里程长

4、，加氢时间短，但是成本高，基础设施不完善，更适合长途运输。 电动汽车成本低，充电方便，续航里程短，更适合乘用车等短途运输。,资料来源：电动知家,燃料电池车VS电动汽车,国外保有量和加氢站领先，中国处于发展初期,美国：FCEV海外最大市场，保有量第一。截止2019年，美国燃料电池汽车保有量约8000辆，全球第 一，以乘用车为主。 日本：燃料电池车技术领先。日本汽车制造商自20世纪90年代起开始研究燃料电池技术，氢燃料电池 领域的专利数目遥遥领先于其他国家，在燃料电池汽车开发和商业化上世界领先。2014年，丰田推出 首款商用化的燃料电池车-Mirai，成为燃料电池车发展历史上的重要里程碑。2015

5、年，本田紧随其后 推出Clarity。 中国：中国燃料电池起步较晚，关键技术有所缺失，保有量约为5500辆，但是几无乘用车。 加氢站：截止2018年，全球共有加氢站369座，其中欧洲152座，亚洲136座，北美78座。日本凭借102 座加氢站位居第一，德国和美国分别排名第二和第三，但与日本差距较大。日、德、美三国加氢站 共有204座，占全球总数的55%，显示出三国在氢能与燃料电池技术领域的快速发展及前沿地位。中 国加氢站数量为22座，位居全球第四位。,资料来源：Auto Alliance,美国燃料电池车销量自2016年快速上涨,0,2000,2500,2012年 2013年 2014年 201

6、5年 2016年 2017年 2018年 2019年,日本, 102,德国, 60,1500 中国, 22 1000 500 美国, 42,法国, 19,韩国, 14 英国, 17,丹麦, 11,资料来源：电动知家,日韩和欧美加氢站多,全球明星车型：现代NEXO和丰田Mirai, 明星车型：2019年全球氢燃料电池乘用车销量超过7500辆，其中现代NEXO氢燃料电池汽车销量为 4818辆，丰田Mirai销量2407辆，合计占比超过90%。 丰田Mirai：日本汽车制造商自20世纪90年代起开始研究燃料电池技术，2014年丰田推出首款商用化的 燃料电池车-Mirai，成为燃料电池车发展历史上的重

7、要里程碑。截止2019年， Mirai累计销售过万辆。 2019年底，丰田发布第二代Mirai，预计2020年上市，新车改善了燃料电池的性能以及增加了氢气的储 备容量，相比第一代增加了30%的续航里程。 现代NEXO：1998年，现代成立麻北新能源技术研究院研发燃料电池技术，从此开启了现代研发燃料 电池的历程。经过多年的研发，现代2013年推出量产的ix35 FCEV车型，2018年1月推出了第二代量产 氢燃料电池车NEXO，2019年NEXO全球销量高达4818辆，是第二名Mirai的两倍。,资料来源：汽车之家,全球主要燃料电池车参数,3000 2500 2000 1500 1000 500

8、 0,2019年,2015年2016年2017年2018年 资料来源：丰田官网,丰田Mirai全球销量,全新Mirai接棒，丰田大力推进FCV产业进程, 第二代丰田Mirai ：2019年10月10日，丰田第二代Mirai正式亮相，计划于2020年末开始在日本，北美 和欧洲启动。2019年7月，丰田表示将在2020年扩建爱知县产线，将FCV产能提升至每月3000台，全 新Mirai接棒，加之产能扩张，丰田仍将引领FCV产业进程。 续航：燃料电池系统性能的改善和储氢能力的提高将使二代Mirai续驶里程提高30，达到405英里。 外观：与一代Mirai紧凑的外观设计不同，新车型车基于丰田的后轮驱动

9、TNGA平台进行了重新设计， 轴距达到2920mm。从车侧来看，新车溜背造型明显，且前悬相对较短，座舱位臵也比较靠后，视觉 上营造出一种蓄势待发的运动感；尾灯则采用了当前比较流行的贯穿式灯带设计，车尾整体造型依 然是丰田全新家族式风格。 内饰：新车中控台造型复杂，向副驾驶员一侧倾斜的空调出风口平台营造出了很强的立体感，同时 中控屏等部分又向驾驶员一侧倾斜，环绕式中控台对主驾驶位的包裹感较强；据悉，中控屏尺寸为 12.3英寸，液晶仪表尺寸为8英寸。,资料来源：工业设计id,第二代丰田Mirai 外观,资料来源：工业设计id,第二代丰田Mirai内饰,燃料电池产业化的瓶颈技术和成本, 技术：我国燃

10、料电池关键技术还没解决，燃料电池系统中更为细分的部件及材料生产制造问题尚未 解决，燃料电池质子交换膜、双极板、高压气瓶核心部件基本依赖进口，国内生产能力有限，产品 质量也难以满足要求。 成本：成本居高不下极大制约了燃料电池产业化进程。 1）造车成本高。燃料电池车的材料成本昂贵，对技术的要求高，且整体产业链尚属起步阶段，运营 车辆较少，车企盈利较为困难。 2）加氢站建设成本高，基础设施配套不完整。据香橙会研究院，截至2019年，我国已建成正在运营 的加氢站仅有52座，真正实现商业化运行的加氢站不超过10个。加氢站投资建设成本极高，一座中型 加氢站至少需要投资上千万元，因而大幅降低成本成为加氢站推

11、广面临的首要难题。,目录, 燃料电池与纯电动的技术路线区别, 产业化尚处初期，各国政策引导发展 国内技术快速追赶，尚待政策加码,美国：率先将燃料电池技术作为国家战略的国家, 美国是第一个将氢能和燃料电池技术作为国家战略的国家，美国早在2002年就颁布了国家氢能发展 路线图，期间持续引导氢能和燃料电池发展，2019年发布氢能经济路线图，美国各项政策和倡 议几乎覆盖到了氢能和燃料电池的全产业链。 美国在氢能源多年来的投资取得明显成效。据氢能经济路线图，截止2019年美国燃料电池车的保 有量约8000辆，世界第一，美国拥有63座加氢站，仅次于日本和德国。,氢能经济路线图,资料来源：新能源网,日本：氢

12、能确定为国家能源，全力建设氢能社会,日本确定氢能发展为国策：2013年日本将发展氢能提升为国策，2015年将氢能源定位为国家发电的第 三个支柱能源，2018年提出从根本上落实氢能社会。 日本燃料电池商业化应用处于世界前沿。1）民用固定热电联产式燃料电池发电系统2009年首次实现商 用化，使日本成为第一个将燃料电池引入民用领域的国家。2）据2019年全球加氢站年度统计报告， 日本燃料电池车由乘用车领域率先发展起来的，截止2019年6月，日本国内销售FCV3219辆。3）日本 拥有127家加氢站，数量全球第一。,日本氢能及燃料电池相关政策梳理,资料来源：人民网，公开资料,资料来源：人民网，公开资料

13、,日本氢能/燃料电池战略发展路线图,韩国：氢能未来发展的投资战略, 韩国将 “氢能产业”确定为三大创新增长战略投 资领域之一。 早在2003 年，韩国政府就将氢能定 位于韩国政府 “21 世纪前沿科学计划 ” 的主攻技 术领域之一，2018年韩国将 “氢能产业”确定为 三大创新增长战略投资领域之一，2019年韩国发布 氢能经济发展路线图，确定了2040年发展目标。 韩国“氢能经济”政策实施成效显著。据韩联社， 2019年韩国投入3700亿韩元，韩国氢燃料汽车销量 跃居全球第一，国内普及率同比增加6倍，首次突 破5000辆关口。 加氢站：韩国拥有34个加氢站，总规模虽少于日德 美，但全年新建数量

14、居全球之首，为20个。,韩国氢能及燃料电池相关政策梳理,资料来源：中国储能网，公开资料,资料来源：中国储能网,韩国氢能经济发展路线图,欧洲：能源转型重要方向，助力欧盟脱碳减排, 欧盟将氢能源视作能源安全和能源转型的重要方向。2003年欧盟25个国家启动欧洲研究区项目（ERA），建 立欧洲氢燃料电池技术研发平台，2019年发布欧洲氢能路线图：欧洲能源转型的可持续路径。截止2018 年底，据中国氢能源及燃料电池产业白皮书，欧洲FCV 保有量1080辆，加氢站152座，全球第一。 德国是欧洲氢能与燃料电池技术的领先国家。为推广氢能和燃料电池，德国成立国家氢能及燃料电池组织 （NOW），负责管理和协调

15、国家氢能及燃料电池创新项目（NIP），可再生能源制氢规模全球第一。据第 十一次全球加氢站年度评估报告，截止2018年底，德国加氢站60座，欧洲第一，全球仅次于日本。 英国：虽然是最早发现氢气及制造氢燃料电池的国家，但是由于英国政策缺乏整体性，直到2016年才出台第 一个氢能发展整体战略。,欧洲及德国氢能及燃料电池相关政策梳理,资料来源：中国储能网，公开资料,中国：规划政策力度加大，FCV发展窗口期将至,国家对氢燃料电池领域的规划和政策支持力度明显加大。近年来，国家对氢燃料电池领域的规划和政 策支持力度明显加大，在节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）、中国制造2025、 能源技术

16、革命创新行动计划（2016-2030年）等一系列政策规划文件中，都提出要重点研发氢燃 料电池技术，预示着我国氢燃料电池汽车产业发展窗口期已经到来。2019年,“氢能”首次写入我国 政府工作报告。 据中汽协，中国燃料电池汽车保有量截止2019年底，约5000辆，全球第二，加氢站数量为22座，全球 第四位。,中国氢能及燃料电池相关政策梳理,资料来源：政府网站，公开资料,全球规划清晰，欧美暂时领先,全球燃料汽车及加氢站规划（燃料电池：万辆，加氢站：座）,资料来源：各国氢能经济发展路线图,目录, 燃料电池与纯电动的技术路线区别, 产业化尚处初期，各国政策引导发展 国内技术快速追赶，尚待政策加码,燃料电

17、池产业链一览,上游：包括氢气供应、燃料电池堆和氢气存储设备及配件，其中膜电极组件是最核心的部件。 中游：组装和集成。 下游：应用，包括固定式发电装臵、交通运输设备和便携式电源等。,中国氢能及燃料电池相关政策梳理,资料来源：新材料网,制氢：制氢工艺技术多种多样,制氢工艺技术多种多样，可分为5种典型工艺。 氢气生产方式也因不同国家地理位臵不同而有很大差异。1）美国：95%的制氢通过大型中央工厂的 天然气重整实现，主要原因是它是目前最经济实惠的做法。2）中国：世界最大的制氢国家。2017年 的制氢量约为1700万吨，62%的制氢量来自于煤或焦炭生产。3）欧洲：欧洲氢气产量占全球21%，主 要依赖于天

18、然气生产。,制氢方式,资料来源：中国氢能联盟,95%,19%,62%,5%4% 15%,美国,中国,欧洲,中国主要制氢方式是气化煤,天然气煤炭烃类/原油其他（电解） 资料来源：中国氢能联盟,储氢和运氢：主要是气态氢,资料来源：中国氢能联盟,储氢方式有三种：高压气态储氢、低温液氢储氢、金属合物固态氢，气态储氢方便、储蓄条件容易满 足、成本低，是最成熟、最常见的。 运输方式由储氢方式决定：压缩气态通过卡车/长管拖车/管道进行运输，液态氢由卡车或其它方式运 输，一般适合中长距离运输，更具备经济性，固态氢主要在特殊的容器中储存，然后输送。,资料来源：中国氢能联盟,储氢技术,运输氢的方式,燃料电池堆：燃

19、料电池动力系统核心部分,资料来源：燃料电池发动机工程技术研究中心, 燃料电池堆：电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串 联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用 螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。 工作原理：电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板， 经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。 供应：1）国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等。2）国外可以 单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard

20、和Hydrogenics。3）国内能够独立自主 开发电堆并经过多年实际应用考验的只有大连新源动力和上海神力两家企业。,氢燃料电池电堆构成,双极板：电堆的核心结构零部件,双极板：双极板是电堆的核心结构零部件，起到均匀分配气体、排水、导热、导电的作用，占整个燃 料电池60%的重量和20%的成本，其性能优劣直接影响电池的输出功率和使用寿命。 种类：双极板材料目前主要是石墨双极板和金属双极板，乘用车均采用金属双极板，而商用车一般采 用石墨双极板。 供应：1）石墨双极板的主流供应商有美国POCO、美国SHF、日本Fujikura RubberLTD等。金属双极 板主要供应商有瑞典Cellimpact、德

21、国Dana、美国treadstone等。2）石墨双极板已实现国产化，金属双 极板国内还处于研发试制阶段。3）复合双极板兼具石墨双极板的耐腐蚀性和金属双极板的高轻度， 但是成本高，研发目前还比较少。,三种双极板,石墨双极板金属双极板 资料来源：燃料电池发动机工程技术研究中心,复合双极板,膜电极：电堆的核心,资料来源：燃料电池发动机工程技术研究中心,膜电极：膜电极是电堆的核心，类似于电脑里的CPU，决定了电堆性能、寿命和成本的上限。膜电极 组件由质子交换膜、催化剂和气体扩散层（气体扩散层）组成。 国外膜电极水平高：国外膜电极的供应商主要有3M、Johnson Matthey、Gore、Greene

22、rity（Toray）、 Kolon、Ballard等。丰田、本田等乘用车企业自主开发了膜电极，但不对外销售。 国产膜电极性能与国际水平接近，但专业特性上（例如铂载量、启停、冷启动、抗反极等）与国际水 平还有一定差距。,膜电极示意图及实物图,质子交换膜：核心元件，国产化提速,资料来源：燃料电池发动机工程技术研究中心,质子交换膜：质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心元件，以全氟磺酸膜为主，目前国产化进程提 速。 主流趋势：全氟磺酸增强型复合膜，质子交换膜逐渐趋于薄型化，由几十微米降低到十几微米，降低 质子传递的欧姆极化，以达到更高的性能。 供应：国外企业有美国Gore公司，科慕（以前的杜邦）、

23、3M、日本的旭化成等，国内能够批量化供 应只有山东东岳一家，山东东岳的膜已经进入了奔驰的供应链体系。,质子交换膜,催化剂：低铂是趋势,资料来源：燃料电池发动机工程技术研究中心,催化剂：催化剂是燃料电池的关键材料之一，目前燃料电池中常用催化剂是Pt/C，即由Pt的纳米颗粒 分散到碳粉（如XC-72）载体上的担载型催化剂。 低铂趋势：受到资源和成本方面的限制，目前Pt的用量已经由10年前的0.81g/kW降低到目前的0.1 0.4g/kW。降低燃料电池电堆Pt用量的近期目标（2020年）是下降到0.1g/kW左右；长期目标是催化剂 用量达到传统内燃机尾气净化器贵金属用量水平（0.05g/kW）。

24、供应：燃料电池催化剂的国外生产商主要有英国JohnsonMatthery，德国BASF，日本Tanaka，日本日清 纺，比利时Umicore等；国内有贵研铂业，武汉喜马拉雅，中科中创、苏州擎动动力、昆山桑莱特等。,催化剂生产厂家及产品性能,催化剂,资料来源：燃料电池发动机工程技术研究中心,气体扩散层：国外几乎垄断, 气休扩散层：气休扩散层（GDL）位于流场和膜电极之间，主要作用是为参与反应的气体和产生的 水提供传输通道，并支撑膜电极。因此，GDL必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的导 电性、高稳定性。 供应：目前燃料电池生产商多采用日本东丽、加拿大Ballard、德国SGL等厂商的碳纸

25、产品。东丽占据 较大的市场份额，我国对碳纸的研发主要集中于中南大学、武汉理工大学等高校，国内江苏天鸟具备 优秀的碳纤维织物的生产能力，但由于燃料电池市场太小，尚无量产计划。,气体扩散层（GDL）,国内技术快速追赶，距离国际水平仍有差距,资料来源：中国氢能源及燃料电池产业白皮书,国内上游的氢燃料电池产业：“技术引进”+“自主创新”的技术创新生态。 技术引进：1）老牌氢燃料电池龙头加拿大巴拉德在国内与潍柴动力、大洋电机、亿华通、广东国鸿 等多家技术合作企业，其中潍柴动力、大洋电机是巴拉德的前两大股东。2）一向保守的日本氢燃料 电池龙头丰田汽车宣布开放包括燃料电池及电机、电控等系列专利之后，与清华、

26、亿华通、北汽福田 之间达成的氢燃料电池汽车合作。 自主创新：国内氢燃料电池产业链各个环节的产学研合作更加密切。 ,部分核心技术以及成本控制等方面与世界先进水平仍有一定差距。1）国内电堆技术主要针对商用车，,而国际是商乘并举；2）膜电极、双极板等产品性能参数不及国际水平；3）催化剂、气体扩散层等核 心材料国内并未量产。,国内电池燃料技术距离国际水平仍有差距,国内FCV产业化，尚待政策加码,资料来源：欧洲燃料电池与氢能联合组织(FCHJU),推动国内FCV产业化的驱动因素：1）燃料电池车优势，2）规模化带来成本下降，3）加氢站规划数 量大，4）政策驱动。 燃料电池车优势：1）与燃油车相比，FCV环

27、保、噪音低、能量转化率高；2）与电动车相比，FCV续 航久，加氢快，不受温度影响。 规模化带动成本下降：据美国能源部预测，如果燃料电池车的产量能够扩大十倍，整车成本就将下降 23%；据欧洲燃料电池与氢能联合组织(FCHJU) 预测，在2025年，燃料电池系统生产量为50000套时， 电池堆的成本可低至11.53美元/kW。 加氢站规划数量大：加氢站数量是制约FCV发展的重要因素。据香橙会研究院，截止2019年底，我国 已建成正在运营的加氢站仅有52座，按照规划，2020年将达到100座，2025年将达到300座，2030年达 到1000座。 政策驱动：与大多数先进技术一样，燃料电池技术在初期对

28、政策的依赖度较高。从国际经验来看，美 国、欧洲、日本等国家均出于不同原因，出台了相关政策及激励措施，促进燃料电池产业的发展。 2019年“氢能”首次写入我国政府工作报告，我国燃料电池汽车产业的发展，尚待政策加码。,年 （,国内发展路径明确，先商后乘,63,22 5,燃料电池客车厢式运输车冷藏车 资料来源：工信部,总计,资料来源：氢能网,中国燃料电池汽车发展路径：先商后乘。通过商用车实现规模化生产，降低燃料电池车成本，同时带 动加氢站等配套设施建设，后拓展至乘用车领域。 原因：1）燃料电池车具备续航长、加氢快等技术特点，更适合进行中长途运输的商用车； 2）商用车一般是固定线路，沿线建设加氢站可有

29、效提升加氢站利用率； 3）据近18批次工信部发布的新能源汽车推广应用推荐车型目录，燃料电池商用车推荐名 录中70%为燃料电池客车，多为政府采购，对价格敏感度较低，能够起到一定的社会推广效果。 重卡“柴转氢”是趋势。节能减排的现实需要和政府的强势引导，给重卡“柴转氢”创造了有利的外 部条件。同时，在大于3.5吨的商用车上，考虑车辆载重引起的能耗、自重增加等问题，纯电动车型 囿于自重、续航等性能局限，已经无法成为此类车型的最优选择。与锂电池相比，燃料电池具备更长 的续航里程、更短的充电（加氢）时间、更轻的重量、更大的性能提升空间等显著优点，更适合长距 离运输领域的重型卡车。 工信部燃料电池汽车推荐名录中70%是客车3个月内，4款氢能重卡亮相 90,