燃料电池并不遥远

1、李大军：是的，燃料电池并不遥远了作者：华创证券 李大军（i投资会员）一、氢燃料电池技术：电化学反应、真正的清洁能源（一）技术原理：通过电化学反应生成水，并释放出电能燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"，通过电化学反应生成水，并释放出电能。燃料电池以氢或富氢气体为燃料，以空气中的氧为氧化剂，等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能。燃料电池的工作原理与普通电化学电池相类似，两者都是通过电化学反应将化学能直接转换为电能。然而从实际应用来考虑，两者又存在较大的差别。普通电池只是一个有限的电能输出和储存装置；而燃料电池是一个可以连续不断产生电能的氢氧发电装置。1.氢燃料电池具

2、有能量转化效率高、零排放、燃料氢取得容易等特点查看原图2.燃料电池由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板以及外部电路所组成。燃料电池的阳极是氢电极，阴极是氧电极，两极之间是电解质，可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型。另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。查看原图（二）燃料电池种类:MCFC、PEMFC、SOFC是最接近商用化的类型按电解质分，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）；磷酸燃料电池（PAFC）；熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）；固体氧化物燃料电池（SOFC）；质子交换膜燃

3、料电池（PEMFC）等五种。按工作温度分，燃料电池按温度的不同又可分为低温、中温和高温三种类型。低温(<100摄氏度)；中温(100500摄氏度)高温(>500摄氏度)。从目前的商业应用来看，熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）与固体氧化物燃料电池（SOFC）型燃料电池是最主要的技术路线，其中MCFC和SOFC主要有应用于固定式燃料电池电站、家用热电联产，PEMFC主要应用与燃料电池汽车。1.固体氧化物燃料电池（SOFC）固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧

4、化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池。近些年来，分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染的环境效益。国外的公司及研究机构相继开展了SOFC电

5、站的设计及试验，100kW管式SOFC电站己经在荷兰运行。Westinghouse公司不但试验了多个kW级SOFC，而且正在研究MW级SOFC与燃气轮机发电系统。日本的三菱重工及德国的Siemens公司都进行了SOFC发电系统的试验研究。2.熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)以高温下处于熔融状态的碳酸盐（碳酸锂、碳酸钾）作为电解质、工作温度600-700°C,发电效率45%-55%，具有不需要使用贵金属催化剂、也可不适用纯氢，热点联产能量转化率高的特点。因650°C的碳酸盐具有强腐蚀性，因此MCFC阳极通常采用多孔镍电极，阴极采用烧结镍电池。199

6、1年后日本把该型电池作为研究重点。3.质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池（英语：Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称：PEMFC），又称固体高分子电解质燃料电池（英语：PolymerElectrolyte Membrane Fuel Cells），是一种以含氢燃料与空气作用产生电力与热力的燃料电池，膜极组和集电板串联组合成一个燃料电池堆。质子交换膜燃料电池主要有氢燃料电池、甲醇重整燃料电池和直接甲醇燃料电池三种。目前，尤以氢燃料电池倍受电源研究开发人员的注目。它的结构紧凑，工作温度低（只有80），启动迅速，功率密度高，工作寿命长。查看原图&

7、#160;    PEMFC的核心是一涂有铂催化剂的弹性塑料膜。铂催化剂把氢气转化为质子和电子，只有质子可以通过电解质膜，与膜另一侧的氧结合生成水，而电子在闭合的外电路中形成电流。燃料电池中，质子交换膜燃料电池相对低温与常压的特性，加上对人体无化学危险、对环境无害，适合应用在日常生活，得到了广泛的应用。世界各大汽车集团竞相投入巨资，研究开发电动汽车和代用燃料汽车。从目前发展情况看，PEMFC是技术最成熟的电动车动力源，PEMFC电动车被业内公认为是电动车的未来发展方向。20世纪60年代，美国首先将PEMFC用于Gemini宇航飞行。伴随着全氟磺酸型质子交换膜碳载铂

8、催化剂等关键材料的应用和发展，80年代，PEMFC的研究取得了突破性进展，洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员对催化剂做了大量改进，使铂的用量减少了90%，同时全球领先的燃料电池开发商，加拿大的巴拉德动力系统公司通过改进电解质膜，使电池的能量密度成倍增加，电池的性能和寿命大幅提高，电池组的体积比功率和质量比功率分别达到1000W/L、700W/kg，超过了DOE和PNGV制定的电动车指标。90年代以来，基于质子交换膜燃料电池高速进步，各种以其为动力的电动汽车相继问世，至今全球已有数百台以PEMFC为动力的汽车、潜艇、电站在国内外示范运行。由于质子交换膜燃料电池高效、环保等突出优点，引起了世界各发达

9、国家和各大公司高度重视，并投巨资发展这一技术。美国政府将其列为对美国经济发展和国家安全至为关键的27个关键技术领域之一；加拿大政府将燃料电池产业作为国家知识经济的支柱产业之一加以发展；美国三大汽车公司（GM，Ford，Chryster）、德国的Dajmier-Benz、日本的Toyto motor等汽车公司均投入巨资开发PEMFC汽车。（三）应用领域及分领域发展情况：燃料电池汽车发展空间最为广阔燃料电池可以分为3个引用应用领域：便携领域，固定领域与运输领域。现今的氢燃料电池研究主要集中在电动汽车领域及其相关设备的研究上。便携领域指的是那些可以移动的装置，比如辅助动力装置（APU）。固定领域指的

10、是设于固定位置产生电力的装置，比如发电站。运输领域为那些提供车辆推进或者其他动力的装置。燃料电池系统多种多样，发电量小到1瓦大到百万千瓦，所以研究不但要从装置的出货数量考虑也要与他们产生的发电量的角度来考虑。研究燃料电池也要考虑其燃料与相关基础设施，涉及燃料与燃料电池的产品本身，贮藏与分发这几个方面。1.便携领域携式设备定义是那些为移动设备充电的设备。比如军用应用（便携士兵电源，撬装式燃料电池发电机等），辅助装置系统（APU）（如休闲和运输产业），便携产品（手电、割草机），小型个人电子（MP3播放器，照相机等）,大型个人电子（笔记本电脑，打印机，收音机等），教育工具和玩具等。便携式设备通常应用

11、直接甲醇燃料电池(DMFC)技术或者质子交换膜（PEM）技术。具有离网运行、比普通电池更耐久、快速充电、显著减轻（尤其是军事领域更为显著）、方便可靠低运营成本等优点。在消费电子市场燃料电池的应用更为广泛，户外零售企业REI与Brunton专注于销售能给独立运营的设备充电的产品，目前燃料电池正在其产品栏目之内。军工携带产品，不论是车载还是士兵携带功能系统，燃料电池都获得了广泛的认可与应用。虽然想要在这个严格管制的领域推广新的能源技术很难，但燃料电池的重量优势与其燃料节省优势都为其打开了道路。虽然这个领域的订单还没形成规模，但预计未来便携式领域将由军工带动迎来转折点。2013年出产量低于Fuel

12、cell today的预期，这是由于预计在上市的3种应用燃料电池消费电子产品中的两种并没有如期发行（由myFC与Aquafairy生产）。而唯一发行的由（Horizon Fuel Cells）公司生产的产品并没有达到预期的销售量。在2013年的消费电子产品展上此类产品也没达到预期的增长，预计2013年的移动类设备产品的出货量为13000件，比2012年的18900件有所下降。产品发电量也从2012年0.5兆瓦下降到0.3兆瓦。2.固定领域固定式燃料电池供电系统指的是那些不能移动的供电设备，通常包括热电联产设备(CHP)，不间断电源设备（UPS）与基础发电机设备。a、热电联产设备(CHP)CHP

13、系统主要有4种技术：内燃机、斯特林发动机、蒸汽机和燃料电池，其中燃料电池系统主要是SOFC和PEMFC。家电联产设备(CHP)大小在0.5千瓦到10千瓦之间，受益于燃料电池产生的热副产品，比如说热水，家电联产系统的总体销量大大提高。可达到总效率80%-95%。家用CHP在日本已经得到了巨大的发展，在2010年底有10000台的存量，他们都用于家用供电与供热。南韩也在大力发展CHP家用项目，与日本一样，其购买主要依托于政府补贴。目前CHP燃料电池主要应用于亚洲，主要是日本，1台额定发电功率1KW的ENE-FARM大体可以满足普通日本家庭60%的电力需求及80%的热水需求。日本在2002年开始启动

14、家庭燃料电池示范计划，2005年开始补助系统装置费用，在2009年初以ENE-FARM名称正式宣布家用燃料电池进入商业化阶段。2009年日本东京燃气、大阪燃气、东邦燃气、西部燃气、新日本石油以及ASTOMOS能源6家公司发表联合宣言，在全球率先在2009年度开始销售“ENE-FARM，目标到2015年年销50000台。查看原图查看原图b、不间断电源设备（UPS）不间断电源设备（UPS）主要应用于应对停电，这个市场可以分为五类，其中为电信基站提供离网短时间运行电力；为关键通讯基站比如无线电网络提供额外离网运行时间；为数据系统提供额外离网运行时间这三类系统为目前发货量最多的系统。c、基础发电机设备

15、基础发电设施指的是那些提供兆瓦级电力的基础发电站等设施，主要用于替为输电线路无法达到的地区提供电力，同时也能为电网扩建提供支撑。目前SOFC、MCFC、PEMFC与PAFC这四类为流行技术，主要由美国日本生产。这部分出货量近年来保持强劲增长势头，依靠大型应用设备与小型应用设备的双重增长，比2011年增长50%。出货设备发电量达到124,9兆瓦，占全年新产设备发电总量75%。预计2013年的增长势头不变，依托电信企业的后备电源需求、微型热电电源的增长与兆瓦级大型发电站的支持。3.运输领域世界各国都执行严格的温室气体排放标准，运输作为最大的碳排放源之一收到更多地管制。欧盟承诺在2050年减少80%

16、的温室气体排放，有两种解决办法，一种是推广公共交通，另一种就是推广零排放车辆。作为电动汽车的一种，燃料电池汽车被认为是人类解决汽车污染问题以及汽车对石油依赖的最佳和最终方案。这是由于燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，仅排放少量水蒸气，同时其能量转换效率比内燃机高23倍。装有这种电池的汽车只需像加油一样加注氢气，便可继续行驶。比起纯电动汽车，与目前市场主流的锂电池汽车相比，氢能源汽车具有的优点是：氢燃料电池能做到真正无污染；单次行驶里程数是锂电池车3至5倍；成本更低，氢能源取之不尽；应用领域范围更广等。此外，由于氢燃料电池车的燃烧产物只有水，因此不但远远超越了以石油为动力的内燃机车型，还远

17、远优于混合动力车、电动车。作为未来汽车的终极目标，氢燃料电池车得到了全世界的认可。实际上现如今无论从整体量产成本上还是普及度上，纯电动还是具有着相当的优势，更何况相较电动车，FCV所涉及到的产业链要更加庞大，因此目前FCV技术大多还是掌握在为数不多的几家大型车企手中。在交通运输中应用燃料电池的时代已经到来。虽然没有政府补贴，客户依旧在积极购买物料运输系统（叉车）的燃料电池解决方案。世界各地的燃料电池bus数量在持续增长。燃料电池汽车走上了产业化。（四）影响燃料电池汽车发展的因素影响燃料电池汽车发展最大的因素是成本问题，使用贵金属铂作为催化剂；昂贵的质子交换膜及石墨双击板加工成本等，导致PEMF

18、C成本约为汽油、柴油发动机成本（50$/kW）的1020倍。PEMFC要作为商品进入市场，必须大幅度降低成本，这有赖于燃料电池关键材料价格的降低和性能的进一步提高。除此之外还有贮藏安全、燃料来源与辅助设施建设不足等问题。1.成本障碍占燃料电池系统一半成本的是燃料电池组。现在PEMFC电池组的成本是10002000美元/kW，如果未来商业化并与内燃机汽车竞争，燃料电池的成本必须降到50美元/kW。降低PEMFC电池组的成本，必须降低三个关键部件(即电极、电解质膜和双极板)的成本。燃料电池车成本主要通过燃料电池组、氢燃料罐和配件这三种主要部件降低。其中燃料电池组由电极、电解质膜与双极板构成，如何减

19、少电极上贵金属Pt的使用量一直是工业难题。a、电池组催化剂：降低铂用量以及寻求廉价催化剂降低铂的使用量和寻求廉价催化剂是解决铂催化剂成本高昂的重要解决途径。迄今为止，PEMFC的阴极和阳极有效催化剂仍以铂(Pt)为主，而电极的载铂量过高一直是阻碍PEMFC发展的重要因素。为了降低Pt的使用量，世界各大公司进行了许多研究工作。经过大量的研究工作，近几十年来，膜电极上铂的负载量从10mg/cm2降到了0.02mg/cm2，铂的负载量降低了近200倍。以丰田为例，丰田未来推出的新一代氢燃料电池系统造价大约为500万日元，这意味着届时丰田氢燃料电池系统的成本将比当前减少了95%左右。丰田工程师Hito

20、shi Nomasa解释称，公司将力求降低氢燃料电池的铂金使用量，主要途径是改进铂金材料的镀层技术。当前铂金在世界市场上售价为每盎司(约28克)1,380美元，目前丰田氢燃料SUV车型每辆车使用的铂金为100克，未来将减少到30克左右。今后的负载量可能还会有降低，但不会降低太多，而且铂催化剂有一个致命的缺点是它易被CO和其它杂质引起中毒。所以降低电催化剂中铂的用量，寻求廉价催化剂，提高电极催化剂性能是目前电极催化剂研究的主要目标。对于阴极催化剂，研究重点一方面是改进电极结构，提高催化剂的利用率，另一方面是寻求高效廉价的可替代贵金属的催化剂。阳极催化剂则主要是研究具有抗CO中毒能力的催化剂。电解

21、质膜：通过产业化途径可降低膜成本质子交换膜是PEMFC的核心部件。作为一种厚度仅为50180um的极薄膜片，质子交换膜是燃料电池电解质和电极活性物质(催化剂)的基地。其主要功能是在一定的温度和湿度条件下，具有选择透过性，即只容许H离子(质子)透过，而不容许H2分子及其它离子透过。同时具有适度的含水率，对燃料电池工作过程中的氧化、还原和水解反应具有稳定性。质子交换膜具有足够高的机械强度和结构强度，以及膜表面适合与催化剂结合等性能。迄今最常用的质子交换膜（PEMFC）仍然是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜，具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，PEMFC大多采用Nafion质子交换等全氟磺酸膜

22、，国内装配PEMFC所用的PEM主要依靠进口。Nafion膜的价格在600美元每平方米左右，相当于120美元每千瓦（单位电池电压为0.65V）。为尽早实现燃料电池的商业化应用，降低质子交换膜的价格迫在眉睫。双极板：通过提升制造工艺和替代材料、产业化可大幅降低成本制约目前燃料电池商业化的瓶颈还是成本，而双极板的成本占有相当的比重，采用人造石墨作为质子交换膜燃料电池双极板，其成本甚至达到了燃料电池总成本的6070。双极板的加工，现在采用最广泛的双极板是石墨双极板，采用的加工方法是精密的机械加工，加工费用相当高(每块12500px2双极板加工费大于100美元)，占双极板费用的80%以上，占燃料电池堆

23、成本的40%60%。而且加工时间比较长，不容易大批量生产。因此需要寻求一种加工方法简单，操作成本低，容易批量生产的双极板加工方法，降低燃料电池成本。b、燃料电池罐：需开发组合使用轻量低成本氢储藏材料和高压氢燃料罐燃料电池组在迅速推进低成本化，而氢燃料罐的成本削减却非常难。从填充一次的续航距离最大化和容积最小化的观点出发，各汽车厂商均计划在2015年上市时使用70MPa的高压氢燃料罐。使用的碳纤维强化树脂（CFRP）的材料成本就需要50万日元以上。为此，各厂商一直在努力减少氢燃料罐的数量、降低使用的CFRP的等级以及削减制造成本。例如，丰田公司通过自行制造氢燃料罐来削减成本。据丰田介绍，该公司没

24、有采用飞机等使用的高品质CFRP，而是正与材料厂商共同开发低成本CFRP。另外，为降低制造成本，大幅缩短了制造时间。最初每个氢燃料罐的制造时间约为5小时，而现在缩短为约10分钟。即便如此，要想在2030年全面普及，从成本和小型轻量化观点来看，似乎也很难持续利用高压氢燃料罐。今后需要开发组合使用轻量低成本氢储藏材料和高压氢燃料罐等的新技术。c、.配件：与电动和混合动力共用配件配件方面，将通过与电动汽车（EV）和混合动力车（HEV）共用燃料电池系统及氢燃料罐以外的部件、消除专用品，从而彻底削减成本。例如马达，本田和日产汽车宣布“将面向FCV开发的产品用到了EV上”，推进了通用化。另外，关于FCV配

25、备的充电电池，计划使用面向HEV开发的锂离子充电电池。2.贮藏与安全：短期以高压储存为主，未来大力发展轻质材料以及液态储氢材料储氢材料必须同时具备高储氢容量、高安全性、吸/放氢速率快、长寿命以及低成本等特性，才能够商业化。目前，储氢材料主要面临三方面的挑战：如何获得高容量的新型储氢材料/体系，如何降低储氢材料吸/放氢温度及提高储放氢速率，以及如何提高氢源系统的储能密度和改善其传热/传质性能等。通常氢能以三种状态存储和运输：高压气态、液态和氢化物形态。短期内，高压罐储氢仍是主要的氢储存与运输手段。但从长远看来，诸如轻质材料、有机液态储氢材料等也都有各自的优点，应当重点支持和发展。3.燃料来源：初

26、期以分散式为主，商业化后以集中式生产更具经济优势氢能燃料电池车研发的首要问题，是解决氢源。其中的关键，一是如何廉价制氢；二是如何低成本贮氢。传统的工业制氢主要利用化石燃料来制氢；还广泛采用电解水制氢方法。近年来，随着对大规模制氢需求的提高，以及科技的发展，一些环保的、低成本的、新型的制氢方法，例如，生物制氢、热化学制氢、太阳光催化光解制氢等方法应运而生。它们将逐渐成为大规模制氢方法的主流。目前，煤、焦炭汽化制氢、天然气、石油转化制氢、利用工业生产含氢尾气制氢、电解水制氢、生物制氢、热化学制氢、太阳光催化分解水制氢都是常用的制氢方式。初期以分散式为主，商业化后以集中式生产更具经济优势。从经济性和

27、温室气体减排的角度衡量，分散式制氢方式较之集中式制氢方式表现不佳。但由于燃料电池汽车在推广初期的车辆规模很小，因此有必要采取分散式制氢，这样带来的好处是总体成本适中，使用便利。但如果将来燃料电池汽车规模化发展后，集中制氢的方式的成本和环保优势将明显体现。4.配套设施：与燃料电池汽车发展相辅相成加氢站的缺失严重限制这燃料电池车辆的推广。法国液化空气集团高级业务和技术部门负责人皮埃尔·艾蒂安在接受媒体采访时透露“像法国、德国等地区，要想完全覆盖，大约需要1000座加氢站。在欧洲，要建立像样的燃料电池基础设施，大约需要100亿欧元。”二、国外发展情况日本在氢燃料电池方面具有一定的垄断趋势。

28、日本在氢燃料电池领域的专利数目遥遥领先于其他国家，其专利数目超过1500，是第二名美国的专利数目的5倍。中国目前该技术发展还处于相对落后的局面，面对传统的汽车工业强国，差距明显。氢燃料技术的主要推动者在于汽车企业，而且以日本汽车工业为主。在前10名的专利权人中，日本机构占据7个，而且在日本机构中以丰田汽车作为主要代表，丰田汽车公司拥有379个专利，其下的2个分公司的专利数目也分别有33和29。其他3个非日本的机构，分别是美国的通用技术操作公司，克莱斯勒公司和韩国的现代汽车公司。可以说，在氢燃料电池领域，日本占据了相当重要的地位。（一）国外政策支持伴随着燃料电池的商业化，世界各国及各联盟都纷纷出

29、台政策或宣布计划以支持氢能和燃料电池的发展。其中最惹人注目的是欧盟、日本、韩国及美国。1.欧盟欧盟作为最早涉及燃料电池的地区之一，一直致力于发展燃料电池产业。其中最重要的政策莫过于成立欧盟燃料电池与氢联合行动计划项目（FCHJU）。2008欧盟决定斥资9.4亿欧元用于燃料电池和氢能的研究和发展。为2015年商业化进行技术储备。该计划的总预算是在2008至2013年至少投入9.4亿欧元，其中欧盟计划从第七框架计划中拿出4.7亿欧元，产业界投入2千万欧元现金和至少4.5亿欧元资产，研究机构则投入3百万欧元现金。涉及的项目包括氢气车队项目、ZERO-REGIO项目和小型车辆氢气链项目的公开实验按应用

30、领域划分，这些资金的32-36%将用于交通和基础设施领域，34-37%用于固定式发电和热电联产领域，10-12%用于制氢与氢气输配，12-14%用于早期市场培育，还有6-8%用于交叉领域。按项目性质划分，31-35%的资金用于支持研发，41-46%的资金用于示范，其它资金用于支持行动和长期研究。到2011年，FCHJU运营基本正常，正在进行的项目44个（投资7.9亿RMB），涉及250家合作伙伴。2010年又调用27个项目，投资7亿RMB，将于2011年底正式启动。目前两个较大的示范项目“H2movesScandinavia”和“Clean Hydrogen in EuropeanCities

31、(CHIC)”，已经成为全球典范。2.韩国韩国政府目前世界上最为支持燃料电池技术的政府之一，其目标是成为全球燃料电池制造商的领袖之一。2010年实施的“百万绿色家庭项目”计划在2020年前向安装不同类型新可再生能源设施的家庭补贴100万。政府的目标是在2020年之前安装10万套1kW的燃料电池系统，安装补贴在2010-2011年之前达到80%，这一政策到目前为止是世界上补贴金额最高的政策。韩国还公布了一项斥资380亿美元的“绿色新政”项目，其中许多计划都与燃料电池和氢能项目相关。目的在于，到2012年在绿色产业部门增加600万人的就业机会并且获得全球绿色技术市场7%的份额，到2030年要上升至

32、13%。3.美国美国对氢能技术的重视由来已久，虽然目前仍处于示范阶段，但其氢能的技术条件已经成熟。有专家预测，美国燃料电池汽车、氢能生产和加氢基础设施的商业化可望在2015年之前实现。按照美国氢能技术路线图，到2040年美国将走进“氢能经济”时代。美国能源部在近期发布的燃料电池技术市场报告中表示，美国燃料电池产业总体上正在逐步进入正轨，并开始实现盈利。美能源部还表示，美国仍是全球燃料电池和氢技术增长最快、规模最大的市场。在2012年，全球燃料电池产业近80%的投资是在美国。美国政府及州政府一直积极支持是燃料电池，奥巴政府相对小布什政府对燃料电池的力度有所下降，一度让位于电动车，但在2012年，

33、全球燃料电池产业仍有近80%的投资是在美国。纵观美国能源政策，1992年联邦政府就在能源领颁布了综合性能源法案。从2000年起相继出台了各种能源研究报告和政策报告，在氢能源燃料电池领域，逐步从初期提升其战略地位发展到作为最重要的能源发展方向。美国政府对燃料电池技术的研究面很宽，尤其是对燃料电池技术的研究，不仅用于汽车领域，还拓宽到固定电站等其他应用领域。除了联邦政府外，各州都对氢燃料电池的发展提出了州级别的规划。其中以加利福尼亚州为典型。20002001年，美国加利福尼亚州爆发了震惊全美的能源危机。为了解决这一问题，2000年9月，加州州政府出台AB970号法案，决定用现金激励电力用户在用电端

34、自建发电储电设施，鼓励新能源和绿色技术。亚哥煤电公司（SDG&E）等地区主要公用事业公司合作，自2001年3月开始，向加州绝大多数地区提供自发电激励项目（SelfGeneration Incentive Program，简称为SGIP）。2011加州激励计划(SGIP)项目已经延长至2014年底，每年为加州CHP、风能、废热循环利用和储能项目提供5亿2290万的资金支持。加州能源委员会（CEC）发布了其最新的投资计划，包括一个额外的2012-2013财年支持氢燃料基础设施建设的1100万美元资金。在2015-2017年实现燃料汽车的商业化，在2015年之前建设68个加氢站以满足1000

35、030000辆燃料电池汽车需求。目前国际汽车厂商如丰田与现代纷纷决定以加州为窗口进行燃料电池车市场化的实验。4.日本以经产省为代表的日本政府高度重视并持续开展燃料电池汽车和氢能开发，在过去30年时间内先后投入上千亿日元用于燃料电池汽车和氢能的基础科学研究、技术攻关和示范推广。日本JHFC是世界上第一个为燃料电池车商业化通过示范运行获得行驶数据的政府燃料电池车示范项目，JHFC由燃料电池汽车示范和相关的加氢设施示范组成，是日本经济产业省资助的质子膜燃料电池项目的一部分。JHFC的目标是收集制氢及燃料电池汽车在实际运行条件下的数据，展示其节能效果以及对环境保护的好处，制定燃料电池汽车大规模生产以及

36、广泛使用的计划措施。隶属于经产省的燃料电池商业化组织(FCCJ)先后与2009年7月和2010年7月发布了燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图明确指出2011年-2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范，随后进入商业化示范推广前期。2011年4月，日本JHFC项目进入第3阶段，主要由氢供应应用技术研究协会进行为期5年的示范项目。5.其他国家除上述四国以外，世界其它国家政府也在燃料电池技术上投入巨资。比如德国政府，德国氢燃料电池技术国家创新项目（NIP）成立于2006年，过去十年共出资14亿欧元（其中7亿欧元来自工业基金）其中政府出资的2亿用于研发，5亿用于示范，加速氢能与燃料电池技术

37、走向市场。德国的目标是在2020年使1百万辆电动车和50万辆燃料电池汽车投入使用，并计划于2015年开始燃料电池动力汽车的大规模商业化。目前，建设1000座加氢站的计划正在实施之中。英国伦敦2010年3月公布了“Hydrogen Action”计划，目标是2012年之前在伦敦建设含6座加氢站和150辆氢能汽车（包含大巴、出租车、货车和摩托车）的氢能网络。最新的加氢站于2011年9月20在Swindon开放。低碳车辆可以免除在伦敦重点路段的收费，这要求车辆的碳排放量小于100g/km，并满足欧盟空气质量5项标准。查看原图查看原图（二）国际燃料电池车行业发展状况1.燃料电池汽车市场规模预计虽然目前

38、还没有可供商业销售的燃料电池车，自2009年以来已发布超过了20类型的FCEVs的原型和示范车。示范车型包括本田的FCX Clarity，丰田的FCHV-ADV，马赛地-奔驰的F-CELL。在2011年6月的示范FCEVs行驶超过了4,800,000公里（3,000,000英里）的里程，重新加注燃料超过27,000次。示范燃料电池车已经能够“在重新加燃料之间的续驶里程超过400公里（250英里）”。它们可以在小于5分钟的时间内完成重新加燃料。由于目前主要发达经济体普遍对氢能源汽车推广予以大力支持。业内人士预计，2013年将有更多氢燃料电池企业跨越盈利门槛，该行业正在加速商业化，有望在2015-

39、2017年后实现爆发，预计到2030年全球的氢燃料电池汽车销量将超过200万辆。研究机构Navigant日前发布报告指出，燃料汽车市场规模目前非常有限，2011年和2012年的发货量不足500辆，但这一行业正在加速商业化，有望在2015-2017年后出现爆发。预计2014年全球燃料电池汽车销量将达到1000辆，随后呈几何级增长，到2030年超过200万辆。Navigant分析师亚当姆斯表示，2012年对燃料电池和氢行业来说是“动态的一年”，预计2013年将有越来越多的氢燃料电池企业实现盈利，今年固定燃料电池部门的装机容量将超过200兆瓦。美国Fuel Cell Today研究表示，对燃料电池技

40、术的兴趣从未如此之高，在近几年发生了多起大规模合作，尤其在汽车领域，并且带动了以燃料电池科技标的收购行为。随着燃料电池工业从投资主导转变为市场主导，我们看到很多公司发生了兼并重组，而且很多其它领域的企业参与其中。这对于一个行业来讲是一个好的信号，这有利于行业的科技精简化，预计未来这个行业会产生更多的兼并重组。燃料电池与氢技术逐渐开始流行，这依托于三股力量：首先，氢能源逐渐被能源组织视为一种重要的能源驻村方式。第二，各大电信企业开始逐渐对用燃料电池作为后备电源开始感兴趣。最后是全球各大汽车厂的燃料电池汽车(FCEV)商业化带动了燃料电池汽车发展。2.燃料基础基础建设现状据LBST和TÜ

41、VSÜD运营的信息网站H2称，2012年全球范围内新增27个加氢站，到2013年3月截止，投入服务的加氢站总数达到了208个，其中欧洲80个、亚洲49个、北美76个、其它国家和地区3个。加氢站数量增长表明行业正积极准备FCEV市场发售。在新增27个加氢站中，北美8个、亚洲3个、欧洲16个（德国5个）。随着全球几大汽车制造商都宣布计划将燃料电池电动汽车（FCEVs）在2015-2017年推向商业化市场，各国政府和伙伴组织正在做出协调一致的努力，以确保有足够的氢燃料基础设施。近日，法国液化空气集团高级业务和技术部门负责人皮埃尔·艾蒂安在接受媒体采访时透露

42、，由于该公司预测燃料电池车市场需求将不断增长，因此公司正在不断扩展加氢站业务。2011年日本13家汽车和能源企业共同签订备忘录，决定到2015年在东京、大阪、名古屋和福冈四大都市圈的市区和高速公路上建立100座加氢站。根据该声明，作为氢燃料供应商的石油公司、燃气公司将先行建设加氢站，于2015年以东京、大阪、名古屋、福冈4大城市圈为中心开始燃料电池车的销售，为此计划设置大约100座加氢站；到燃料电池车有望全面普及的2020年，将加氢站数量增加至1000座。2012年6月德国联邦交通部和戴姆勒、林德气体、空气产品公司、道达尔签订协议，计划投资超过4000万欧元（约合5000万美元）建设35个新的

43、加氢站，这将使德国加氢站的总数在2015年达到50个。2012年8月美国加州发布燃料汽车商业化路线图，为了在2015-2017年实现燃料汽车的商业化，在2015年之前建设68个加氢站以满足1000030000辆燃料电池汽车需求；加州政府已批准2亿美元，资助2015年新建约20家加氢站，并计划在2024年扩大至100家。丰田公司此次展出的氢燃料电池汽车将于2015年率先登陆美国加州。（三）知名企业在氢燃料领域的规划和现状1.国际汽车企业：丰田发展占优，其他车企纷纷布局根据日本燃料电池规划，2015年日本实现燃料电池车1000辆，建设100个氢气站，并以2015年为起点，燃料电池车行业进入普及初期

44、，开始快速发展阶段2012年前后，国际车企技术已经基本达到产业化要求。去年12月，现代ix35改款氢动力车在韩国蔚山工厂开始生产，并预计到2015年ix35氢动力版的保有量将达到1000辆；奔驰氢燃料车原计划在明年量产；本田、丰田、日产、通用的氢燃料电池车都计划在2015年上市。氢燃料电池设计寿命要达到5000小时才能达到产业化目标要求。目前德国戴姆勒公司开发燃料电池B级车、丰田开发燃料电池SUV、本田公司的FCX clarity轿车和美国通用公司的EquinoxSUV都已达到相关要求。国际巨头加速推进产业化是因为氢燃料电池汽车本身的优势。据其提供的数据，氢燃料电池汽车电源系统总能量密度约为3

45、16wh/kg，而目前纯电动车用锂电池系统能量密度大多低于100wh/kg。据奔驰公布的信息，其氢燃料电池汽车加满燃料的续航能力达400公里，百公里耗能相当于3.3升汽油，而加满氢燃料的过程仅需3分钟。查看原图此前，车企采用单打独斗抢夺氢燃料电池汽车的技术控制权，但随着竞争愈发激烈，跨企合作开始变得日趋频繁。本田和通用已在2013年7月2日宣布共享知识产权，加速燃料电池汽车的开发。事实上，除了本田与美国通用外，2013年1月24日丰田与宝马共同签署关于“共同开发燃料电池系统”的正式合作协议，计划与宝马在2020年之前开发出新的燃料电池基础系统，其中，丰田向宝马提供基础性技术，而宝马则利用其在氢

46、气瓶等轻量材料“碳纤维”上所具有的优势与之合作。此外，日产与德国戴姆勒、美国福特也在开展合作，并计划在2017年发售相关车型。2013年3月大众与Ballard签署为期4年的合作协议，以推动大众燃料电池汽车的发展，同年8月奥迪A7燃料电池汽车将开始测试。业内人士表示，车企之间的开发竞争日趋激烈有助于量产技术的革新和制造成本的降低，进而有利于大幅削减用于氢氧反应催化剂的白金使用量，从而降低燃料电池车成本。富士经济公司统计显示，燃料电池车的全球市场规模在2013年至2025年期间有望飙升。这意味着，氢动力车正成为特斯拉为代表的锂电池车的重要对手。国际汽车厂商纷纷“下注”氢动力汽车的同时，中国车企也

47、不甘落后。行业研究人士表示，中国氢气资源很丰富，相较太阳能、风能等清洁能源，氢能是更稳定和易于储存的能源，最适合全部储存起来作为汽车燃料，而“充氢”过程中的氢氧结合，则是典型的循环经济。三、中国燃料电池相对落后,部分零部件公司进入国际采购体系，酝酿发展机遇1、燃料电池虽然是中国新能源布局中的棋子，但政策上一直更加偏爱纯电动路线，虽然燃料电池汽车是新能源汽车的重要组成部分，但在中国新能源路线的选择上一直是配角。2012年10月发布的国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（20122020年）明确指出：“新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车，本规划所指新能源汽车主要

48、包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车。”规划对燃料电池汽车的技术发展和配套运行等有明确的要求和指导方向，不过纯电动是我国政策选择的主要技术方向。技术路线上，我国选择“以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车”，但规划仍然提出，要“开展燃料电池电堆、发动机及其关键材料核心技术研究。把握世界新能源汽车发展动向，对其他类型的新能源汽车技术加大研究力度。”、“重点开展纯电动乘用车、插电式混合动力乘用车、混合动力商用车、燃料电池汽车等关键核心技术研发；”、“继续开展燃料电池汽车运行示

49、范，提高燃料电池系统的可靠性和耐久性，带动氢的制备、储运和加注技术发展。”2、中国无论是配套设施的发展还是技术发展均落后国际发达市场，中国曾经积极推进了一些示范项目，但仍停留在“面子工程”的较多。基础设施建设相对落后，发展也较缓慢。目前，中国有四座固定加氢站和五辆移动加氢车，使用的氢气主要来自工业副产氢。在上海，副产氢气足够10000辆FCEV的使用需求量。而北京的氢气来源比较广泛：管道氢气、现场天然气湿重整和电解水制氢。中国燃料电池整体技术落后国外5年，主要的差距在于精密制造能力的差距，部分中国零部件公司存在机会。整体技术落后国外5年。中国目前是国外上一代技术，相差半代。比如，中国相关企业氢

50、燃料电池的稳定寿命还在2000小时左右，而国际先进技术已经可以达8000小时左右，而氢燃料电池设计寿命要达到5000小时才能达到产业化目标要求。目前德国戴姆勒公司开发燃料电池B级车、丰田开发燃料电池SUV、本田公司的FCX clarity轿车和美国通用公司的EquinoxSUV都已达到相关要求。中国相关数据早在2008年就已经被拉开较大差距。根据国际氢能与燃料电池伙伴组织报告，当年燃料电池系统成本数据显示，美国为73美元/kW，韩国66美元/kW，而中国为130美元/kW。中国车企在轻燃料电池技术上的落后，源于研发模式的不合理以及对纯电动技术路线的偏好。中国采用了机构、高校负责氢燃料电池汽车研

51、发的模式，没有鼓励企业参与研发，企业积极性不高，导致市场化研发缺位。政府过去几年在政策上冷落氢燃料电池汽车是企业过于单一迷恋纯电动汽车的一个重要原因。2008年后，新能源汽车发展路线选择时，中国政府引导政策主要针对纯电动汽车制定，基本放弃氢燃料电池汽车。而欧美日政府一直在加大扶持，比如英国政府就在最近提出，将大力发展氢燃料电池汽车，其计划2030年之前英国氢燃料电池车保有量达到160万辆，并在2050年之前使其市场占有率达到30%-50%。查看原图虽然落后于国际，但我国的氢燃料电池相关研究和供应链体系也有了跟随式的快速发展。我国的专利主要集中在流体循环控制装置，燃料电池制造和零部件，我国的氢燃

52、料电池研究主要还是集中于制造流程或者工艺改进，至于电池核心设计，燃料组成等关键技术涉及甚少，这与国外的趋势相反。中国申请的国际燃料电池专利速度相对其他国家来说比较慢，但近年来呈现出较好的增长趋势：从10年前的没有，到2005年申请21项但未获授权，再到2010年申请14项授权8项。有很多中国公司拥有燃料电池专利：大连新源动力有限公司专利数最多，专利总数超过200项；江苏中靖有限公司拥有6项专利；Horizon燃料电池技术公司也拥有其MEA专利。我国现阶段主要还是集中在科研研究阶段，技术商品化程度不理想，各个汽车公司也没有投入科研资金进行大规模的研究，这大大地影响了我国氢燃料电池的发展与推广。查

53、看原图3、中国的燃料电池使用和发展空间广阔查看原图a、固定式系统固定式电站在中国的市场潜力很大，电信电力的备用电源将越来越多使用燃料电池。中国是世界上移动通信扩张最快的国家，但同时中国没有自已的完整的国家电网系统。一些偏远的地区并入电网付出的代价过高，特别适合于使用电池作为备用电源。每年中国电信行业的电池销售额为300到500亿RMB，而且呈现不断增长的趋势。燃料电池公司也因此进入这个庞大的市场，与传统电池（目前主要是蓄电池）行业竞争。但问题还在价格上，电信部门希望政府能提供可观的购买津贴作为支持。目前国内该领域仍处于孕育阶段。上海Everpower技术有限公司有6kW的后备电源单位正在测试中

54、，大连新源动力有限公司也正和三大运营商讨论燃料电池的部署计划。在操作时间较长（8h）的情况下燃料电池后备系统如今的成本已经可与传统电池相近，但操作时间短的话成本还是很高。b、氢燃料汽车中国新能源汽车渗透率极低，未来提升空间广阔，随着新能源紧缺和环保压力的增加，新能源汽车是我国能源战略的重要组成部分。中国连续五年蝉联全球年产销量最大的市场，2013年中国汽车产销突破2000万辆创历史新高，再次刷新全球记录。但新能源车（包括混合动力、插电式混合动力、纯电动汽车）产量3.7万台，渗透率不足0.2%。虽然目前纯电动仍是我国选择的新能源汽车的最重要的发展路线，但随着国际燃料电池产业环境的逐渐成熟，迫于国

55、内外能源和环保的压力，燃料电池在我国的能源战略地位将有望提高。c、便携式燃料电池中国有一些公司对便携式燃料电池拥有较大的兴趣。江苏中靖公司开发出2W的燃料电池充电器，并计划开发中国军队使用这款产品的市场。该产品使用公司的固体氢专利技术，每12克产品可以生产纯度为99.999%的氢气121克，能满足产品5h的运行需求。新加坡Horizon燃料电池公司也对中国市场有兴趣，主要目标是MiniPak电子充电器的应用，公司已经与主要的电信供应商达成最终共识，很快将进入实施阶段。这种产品可以在家用加氢站中加氢，每个加满需要半小时，充满后可满足iPhone4两次充电需求，大概一周脱离电网的电量。随着近期20

56、12消费电子展上Powertrekk燃料电池充电器的推出，说明燃料电池电子充电器的市场就要来临了。四、中国的氢燃料电池产业链投资分析国内配套体系逐渐完善，质子交换膜、催化剂（贵研铂业）、碳板等均可国产。与氢燃料电池相关的上市公司主要包括上汽集团（600104）、长城电工（600192）、南都电源（300068）、新大洲（000571）、东岳集团（0189.HK）、同济科技（600846）、贵研铂业（600459）a、大连新源动力：国内氢燃料电池行业领跑者大连新源动力是国内最好的燃料电池/系统供应商，拥有国内最好的研发平台，占据国内大部分市场份额。是“燃料电池国家工程研究中心”。与国内外多个同行

57、有密切交流。新源动力股份有限公司成立于2001年4月，由中国科学院大连化学物理研究所、兰州长城电工股份有限公司等单位发起设立，是中国第一家致力于燃料电池产业化的股份制企业。至2007年5月，先后有宜兴四通家电配套厂、武汉理工大学产业集团有限公司、上海汽车工业(集团)总公司等大型企业及科研院校入股新源动力，公司注册资本达到1.17亿元人民币。2006年，“燃料电池及氢源技术国家工程研究中心”，获得国家发改委正式授牌，“博士后科研工作站”获国家人事部批准建立。目前，新源动力已发展成为中国燃料电池领域规模最大，集科研开发、工程转化、产品生产、人才培养于一体的专业化燃料电池公司。公司的收入构成主要分为大客户技术