uwin电竞【行业分析】2022年氢能燃料电池行业研究报告

　　双碳办法下，国内氢能源具有壮大的开展空间，氢能将沉要利用于交通运输、资产、电力、筑筑等畛域。

　　双碳主张下，国内氢能源具有壮大的展开空间，氢能将主要运用于交通运输、物业、电力、筑修等界限。在“碳达峰碳中和”（3060）的办法 导向下，氢能行为一种最明净无碳的二次能源，依赖着源流繁复、精采 高效、运用场景广博等利益，在全球都迎来了强盛的发展时机。

　　氢能举措脱碳最有效技巧，材料和燃料属性皆周备，有望在交通运输（燃料电池车等）、资产界限（冶金、化工等）、修修范围（供热取暖等）、电力（电网均衡等）等四大范围大显才华。依照华夏氢能定约测算，至 2060 年， 我们国氢气的年需要量将到达 1.3 亿吨垄断（2019 年约为 2500 万吨），可减排二氧化碳 18 亿吨，约占暂时国内二氧化碳总排放量 19%，其中工业界限用氢约7794万吨，占总用氢量约60%，交通运输畛域用氢4051 万吨，占比约为 31%，发电与电网均衡用氢 600 万吨，占比约为 5%， 筑筑领域用氢 585 万吨，占比约为 4%。

　　燃料电池将是氢能家当开展的抓手，2050 年氢能财产猜测将会是 10 万亿以上级别商场。燃料电池装臵有助于达成氢能的改变化、轻量化和大规模抬高，可广泛操纵在交通、物业、建修、军事等场景，所以燃料电池成为氢能资产展开的抓手。中断 2019 年，氢能在所有人国能源编制中占比仅为 2.7%，猜思到 2050 年进步至10%，2060 年抬高至 20%，氢气须要量也将区分到达 6000 万吨、1.3 亿吨。2050 年加氢站创立来到 1 万座，燃料电池车产量到达 500 万辆/年，固定式电源将抵达 2 万座，燃料电池编制产能来到 550 万套/年，产业范围将到达 12 万亿元级别。

　　燃料电池发动机体系的构成。与锂电池手脚储能装臵不同，燃料电池是一种非点燃过程的能量改换装臵，原委电化学反响将阳极的氢气和阴极 的氧气（或氛围）的化学能调动为电能。燃料电池中央组件是电堆，紧要有膜电极组件和双极板组成，此中膜电极组件包罗质子替换膜、催化剂敦睦体扩散层，为响应爆发局面，双极板是带流说的金属或石墨薄板，其紧急作用是进程流场给膜电极组件输送反映气体，同时网罗和传导电流并倾轧反应爆发的水和热。燃料电池电堆配套氢气供给系统、氧气供应编制、动员机掌管器、动员机附件等，构成了燃料电池策动机，再辅之以直流电压更改器（DC/DC）、车载储氢系统等，就构成了燃料电池 带头机体例，体系为燃料电池车辆供应中心动力源头。

　　燃料电池详明任职流程如下：（1）反映气体在气体扩散层内扩散；（2） 反响气体在催化层内被催化剂吸附后被离解；（3）阳极反映临蓐的氢离 子穿过质子交换膜抵达阴极与氧气响应临盆水，而电子通过外电路抵达 阴极生产电。

　　燃料电池汽车比拟电动车在低温性能、加注韶华、续航里程等方面具有强劲的竞争优势。随着碳排放压力的日益增大，交通运输鸿沟紧张用锂电池、燃料电池等新能源产品替换传统燃油动员机以缓解碳排放带来的处境压力。燃料电动车比较锂电池车，在低温本能方面（-30℃低温自启 动），加注年光方面（商用车15 分钟）和续航里程方面（>

　　500km）具有很是强劲的角逐优势，这些优势定夺着燃料电池车在商用车等鸿沟完全极具角逐力的优势。

　　纵观全球，比年来华夏燃料电池汽车产业后发先至，展开迅猛。燃料电池车为代表的交通畛域是氢能初期运用的冲破口与严沉墟市。遵照国际能源署（IEA）的统计，截止 2021 上半年终，举世总共有燃料电池车保有量 4.3 万辆，其中韩国、美国、中原、日本、欧洲、其全部人地域等区分有 1.46 万辆、1.11 万辆、0.84 万辆、0.56 万辆、0.31 万辆及 0.03 万 辆，占比区别为 34%、26%、20%、13%、7%和 1%。能够审查到，2017 年以后华夏燃料电池家当后来居上，从 2017 年底 50 辆加添到 2021 上 半年终的 8440 辆，不到四年时光增长了 168 倍。2020 年环球存量的燃料电池车关计 3.48 万辆，其中乘用车 2.6 万辆、公交车 0.57 万辆、商用车 0.32 万辆，占比辨别为 75%/16%/9%，目前环球鸿沟来看，燃料电池车以乘用车为主。

　　国内“以奖代补”新政，每个都会群最高可取得 18.7 亿元补助。2020 年 9 月财政部、工信部、科技部、发改委、能源局等五部委笼络发布《关于展开燃料电池汽车演示行使的报告》，将对燃料电池汽车的购臵补助政 策，调度为燃料电池汽车树模行使扶植政策，对符合条款的都邑群发展燃料电池汽车要害主旨才略财富化攻关和树范行使予以夸奖。树范期暂定为四年，演示光阴将选择“以奖代补”时势，对入围树模的都会群按 照其办法完成情景给以赞扬。根据文件，每个树模都市群最高可获取 17 亿补助（超额完成可迥殊再+10%），夸奖资金由位置和企业分身用于燃 料电池汽车要害重心手段财富化，人才引进及团队兴办，以及新车型、 新技艺的树范操纵等。

　　经由 2018 年国补战术与 2020 年“以奖代补”计谋较量浮现，新策略将有助于加速燃料电池中央零部件合键的国产化过程。新政策在主要职能指标方面条件昭彰进步，同时补助的侧中央（从卑鄙主机厂转进取游主题零部件及症结材料企业）、辅助的直接得回主旨（从主机厂转向牵头都邑主导）、直担当益目标（不单是主机厂，场地政策还能够直接辅助到零部件和资料企业）等都有较大调动，新战略将有助于加疾燃料电池中心零部件环节的国产化进程。

　　5 大树范城市群率先落地，十四五时期燃料电池车及加氢站有望迎来大 面积填充。休止 2021 年终，首批燃料电池汽车五个都市群名单一共发 布，分辨为京津冀示范都市群（北京牵头）、上海树范都邑群（上海牵头）、 广东省树范都邑群（佛山牵头）、河南省树范都会群（郑州牵头）和河北省示范都邑群（张家口牵头），行业进入落地推行阶段，依照暴露统计， “十四五”期间五大城市群车辆增加主意揣摸区分为 1.63、1.65、1.56、 2.45、1.79 万辆，加氢站增加想法划分为 136、140、120、172、174 座。

　　2025 年国内燃料电池汽车保有量有望达到 10 万辆、加氢站 1000 座， 2030 年揣摸到达 100 万辆、加氢站 5000 座。凭据中原汽车财富协会统计，2021 年世界燃料电池汽车产量为 1790 辆，售卖量为 1596 辆，同比分辨填充 49%和 35%，集结 IEA 数据，2021 腊尾国内燃料电池汽车保有量约为 1 万辆。根据香橙会统计，截至 2021 岁终，全部人国已建成加氢站 191 座（不含拆除），此中已运营 174 座。遵照工信部装备产业一司教养，由华夏汽车工程学会机合编制的 2020 年《节能与新能源汽车才能蹊径 年我们国氢燃料电池汽车保有量将来到 10 万辆操纵，加氢站 1000 座，2030 年燃料电池汽车将到达 100 万辆使用，加氢站 5000 座。

　　眼前最主流的燃料电池是质子替换膜燃料电池方法。燃料电池技巧途径 首要网罗碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和质子替换膜燃料 电池（PEMFC）等几类，从生意用途来看，后三者是最紧要的技艺途径。此中，质子交换膜燃料电池才干由于齐备办事温度低、启动快、比功率高等优势，相等适宜用于交通与固定式电源鸿沟，成为现阶段国内外最主流的技巧（下文如非特指，燃料电池指的都是质子更换膜 PEMFC 能力途径）。固体氧化物燃料电池具有燃料恰当性广、能量调换感化高、全固态、模块化组装、零感染等优点，主要操纵在大型结闭供电、中型分电和小型家用热电联产等领域。

　　电堆方面：燃料电池鼓动机焦点部件首要席卷电堆及其重心部件、协理 编制等，电堆是燃料电池带动机系统的心脏，是燃料电池带头机的动力 来历，其主要由膜电极和双极板堆叠而成。国内燃料电池电堆已逐渐起 步，目前国内电堆厂商浸要分为两种：（1）自主研发类型，以新源动力、 神力科技和将来氢能等为代表。（2）引进外洋成熟电堆手法，以广东国 鸿、南通百应等为代表。统统而言，国内电堆产业开展较好，暂时国内 主流厂商公布的燃料电池的额定功率可赶过 100kW。

　　膜电极（MEA）：CCM 为今朝膜电极主流才略，有序化膜电极能够是未 来发展主旨。膜电极是 PEMFC 产生电化学反应的场所，行动为通报电 子和质子的介质，为电化学反应需要了全面打仗的场地，其由质子调换膜、催化剂与气体扩散层等组成，是燃料电池电堆的重点部件。膜电极履历三代才能展开，第一代方法为气体扩散电极（GDE），将催化层制 备到扩散层上，具有制备工艺方便、本事成熟便宜，但糊口催化剂利用 率低以及催化层和质子膜之间集合性差标题，于是已根本被落选。

　　第二 代才能为催化剂涂层（CCM），将催化层改为制备到质子替代膜上，与 GDE 比较，抬高了催化剂愚弄率和耐久性，紧缩了催化层和质子替换膜 之间传输阻力，从而进步了膜电极本能，成为目下膜电极分娩的主流技 术，但生涯反映进程中催化层布局不褂讪，寿命有限的亏欠。第三代有序化膜电极，行使有序化构造，可能缩短催化剂和贵金属用量，提升催 化层职能，今朝该材干处于研发阶段，如今才略被以美国 3M 公司为代 表的国际质料巨子所安排。

　　质子替换膜（PEM）：全氟质子调换膜为现在主流，高温膜、碱性膜、 复闭膜成为异日展开主旨。质子替代膜用意是在反应时只让阳极落空电 子的氢离子（质子）透过到达阴极，但阻挡电子、氢分子、水分子等通 过，犹如于检票员的角色。当前，全氟磺酸膜具有呆板强度高、化学稳 定性强、高湿度下导电率高、质子传导电阻小等优势，为质子替换膜材 料主流，但高额的创修资本以及生活高温时易发作化学降解，导致质子 传导性变差的纰谬。普及质子交换膜的耐高温性以及进步分娩资本成为 其研发主见，复合膜可进程工艺加工来挽回全氟型磺酸膜性子，从而提 高其高温耐性；碱性膜可使燃料电池体系的劳动境况为碱性，从而使催 化剂的挑选畛域更为汜博，从而使用其大家原料来替换昂贵的铂。高温膜、碱性膜以及复关膜为他日开展计划。

　　质子交换膜国内外市场情景：美国杜邦的 Nafion膜现时处于霸主位置， 国产化产品刚起步。国际市场方面，杜邦的 Nafion 膜在国际市集的全氟 磺酸膜界限占据最大的份额，其膜价值广泛在 500 美元/m2 以上，同时 国内装置质子替代膜也要紧来自杜邦公司。别的，加拿大 Ballard 公司 的 BAM 膜的尝试室寿命已超过 4500h，价钱仅为 Nafion 膜的 1/10。国 内市集方面，所有人国已告竣全氟质子调换膜国产化，但质料与耐久性方面与国外还生计差距，东岳已建成 500 吨/年的坐蓐线 微米，在 OCV 工况下耐久性大于 600h。别的，武汉 理工新能源所坐蓐的复关质子膜厚度到达 16.8 微米，已向国外数家思索 单位供给尝试样品。

　　催化剂（CL）：普及 Pt 含量成为我们们日开展趋势。膜电极组件中的催化剂， 广泛为匀称涂覆在质子调换膜上的藐小颗粒，这些细小颗粒浅显为碳载 体和铂颗粒，可将氢气离化成氢离子，使氢离子可能透过质子替换膜与 氛围中的氧气举办反应。催化剂紧急功用于两个反映，阳极氢氧化反响 （ H2 —>

　　2H++H2O,HOR ） 和 阴 极 氧 还 原 反 应 （ 1/2O2+2H+ —>

　　H2O,ORR），阳极 HOR 反应为速速动力学流程，阴极 ORR 为愚钝 动力学过程。

　　现时，贵金属 Pt 及其合金仍为 HOR 和 ORR 最好的催化 剂，Pt/C 为最常用的商用催化剂，然 Pt 价值较为昂贵，加之 Pt 的稀缺 性和极低的需要量，可能对燃料电池的展开形成一定禁止，以是进步催 化剂中铂含量成为目前催化剂的首要开展方针。国际墟市方面，美国的 3M 公司、Gore 公司和 E-TEK 公司，英国的 JohnsonMatthery(庄信万 丰)公司，德国的 BASF 公司，日本的 Tanaka(田中贵金属)公司和 TKK 公司，比利时的 Umicore 公司等为紧急临盆商，此中本田 FCV Clarity 燃料电池汽车催化剂 Pt 含量已将至 0.12g/kW，丰田 Mirai 燃料电池汽 车催化剂 Pt 含量为 0.175g/kW。国内商场方面，我国催化剂还未告竣商 业化临盆，贵研铂业和武汉喜马拉雅是领头企业。

　　气体扩散层（GDL）：举世 GDL 还未造成大周围批量坐蓐，碳纸为目下 主流产品。气体扩散层（GDL）在质子调换膜燃料电池起到接济催化层、 收罗电流、传导气体和摈弃反响产物水的要紧效力，深奥由碳纤维纸、 碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等质料构成。由于碳纸质料轻、形状 平坦、耐腐化、孔隙率平均且强度高，厚度可遵循应用条件改变，更适 闭耐久性燃料电池操纵。眼前，举世 GDL 坐褥厂家较少，受制于商场需 求低，且坐蓐成本居高不下，难以变成巨额量坐蓐，日本东丽株式会所在 1971 年最先涉足碳纤维产品临盆，为环球最大碳纤维产品需要商， 其所有人出名产商还包含美国 Avcard、德国 SGL（西格里）等。国内只有 江苏天鸟、通用氢能、上海何森等少数企业涉足研发气体扩散层，且大 多处在小批样试产的景遇。

　　双极板：石墨双极板已告竣国产规模化，金属双极板有待批量临盆。燃 料电池电堆的中枢组织件，平凡为正反均带有气体流谈的石墨或金属薄 板，臵于膜电极两侧，起到援手呆滞机闭、均匀分拨气体、排水、导热、 导电的效用，其职能好坏将直接教化电堆的体积、输出功率与寿命。一 般而言，双极板分为石墨双极板、金属双极板和复关原料双极板，石墨 为最早用于质子调换膜燃料电池双极板资料，具有高耐腐化性、高耐久 性，然创设周期长、抗压性差、加工难度大、创制资本高，实用于坐蓐 专用车和客车，代表性企业蕴涵巴拉德（Ballard）、水吉能（Hydrogenics） 等，目下国内曾经告终国产周围化。个中基于薄型的金属双极板具备优 秀的力学本能和导电导热性，可使电堆具备更高的体积比功率密度，且 资本便宜可实行批量坐蓐，乘用车广泛选取金属双极板。但金属双极板 阵势易被腐化发作铁离子，会使电堆的性能下降，同时体例可以会酿成 金属钝化膜，增大交兵电阻，行使寿命较低，金属双极板局面腐化实力 是制约电堆寿命的关头。金属双极板紧要运用于乘用车界限，代表性企 业为丰田汽车等，今朝国内尚未完毕批量生产。

　　双极板国内推敲目标：严重聚会于升高金属双极板抗侵蚀性，以及降低 复闭双极板坐蓐资本。暂时，石墨双极板已完毕国产化，金属双极板实 现小批量临盆，但耐久性和可靠性还待后续考虑突破。金属双极板举动 明天最有可以调换石墨双极板的交换品，向来受制于其易腐蚀脾气，目 前金属双极板多在时势涂覆耐腐化性涂层原料，如贵金属、金属化关物、 碳类膜等，来填补金属双极板耐侵蚀性。复关双极板选择树脂夹杂石墨 粉和强化纤维等材料变成预制料，具有石墨板和金属板的双重好处，质 量轻且耐腐蚀，但加工较为丰富，分娩资本加高，普及其生产成本使其更适闭批量化坐蓐，成为我日双极板开展方针之一。

　　赞助体系之空压机：离心式空压机综合性能较好，为来日展开方向。气氛屈曲机简称空压机，紧急由电机和膨鼓机组成，对参加空气举行增压， 普及燃料电池的功率密度和用意。空压机举动协助编制首要组件功耗占 匡助编制的 80%，约为燃料电池输出功率的 20%—30%（源流北极星氢能网），紧急分为涡旋式空压机、双螺杆空压机以及离心式空压机三种，个中涡旋式空压机和双螺杆空压机的页片之间产生的摩擦会酿成较大噪声，且无法对付排气能量举行采纳，离心式空压机具备较好的综闭机能，是当前最理想的燃料电池专用空压机模范。

　　支持体系之氢能循环泵：再循环模式是主流。早期，直排模式完备控制简易的甜头，然其氢气愚弄率仅有 67%—91%，变成严浸的氢气糟蹋，当前该模式也曾镌汰；阳极死端模式经过封住燃料电池启发机的阳极出口，鼓舞氢气可在电堆中中断更长时间，从而煽动氢气欺骗率得回提高，然出口被封易变成储蓄水，故供给经常吹扫，酿成氢气出口处气压呈周 期颤动，从而进步了稳定性，对电池的耐久性和经济性变成影响；氢气 再循环模式可使未反映的氢气源委循环送入入口端，缩小氢气不吝，且不会体现气压的周期性震撼，从而鼓励燃料电池动员机更加不变。现在，大个人前进的燃料电池均选取氢气再循环模式。

　　综关来看，与国外才力相比，所有人国质子交换膜燃料电池系统在手腕指标上仍有必然的差距。细致来叙，膜电极、双极板、质子替换膜等已周备国产化的实力，但分娩规模偏小；电堆财产发展较好，但接济体例关头零部件资产展开较为落伍，电堆额定功率和体积功率密度相比国外还有肯定差距；编制及整车财产发展较好，配套厂家较多且生产界限较大， 但大多选取外洋进口零部件，对外委托度较高。在双碳方针下，战略持 续扶植氢能展开，国内企业在氢能鸿沟不断发力，有望在中枢零部件方面不息升高技巧秤谌、不休周围化、不息降资本，有望追赶或凌驾国际胜过程度。

　　从燃料电池整车成本构成来看，燃料电池体系和储氢编制占较劲高。目 前燃料电池编制和储氢编制攻下整车资本的 65%，大幅高于锂离子纯电 动汽车的电池本钱占比（约 40%）。个中燃料电堆、氛围需要体例、氢 气提供体例、增湿换热、掌管体例、储氢编制等占比分辨为 30%、7%、 3%、5%、5%和 14%。电堆资本和储氢体系占比最高，其资本下落对 燃料电池整车降本具有至关要紧的感化。

　　膜电极在电堆本钱中占比高达 70%，是以膜电极成本更正对电堆资本来 叙十分要害。依照中原电动汽车百人会数据，膜电极（催化剂、质子交 换膜、气体扩散层）分娩范畴从 100 万片/年加添至 1000 万片/年时间， 分娩本钱可下落约 43%，占电堆坐褥本钱比例可从 70%降至 57%。

　　燃料电池系统和储氢体例代价具有极大的成本着落空间。按照中原电动 汽车百人会通知涌现，随着燃料电池车应用鸿沟的添加，中央零部件和 系统价值范围效应会垂垂体现，商用车燃料电池体例的价值至 2025/2035/2050 年辨别降至 3500/1000/500 元/KW（2020 年为 10000 元/KW），相对 2020 年辨别下降 65%、90%和 95%，商用车储氢编制价值至 2025/2035/2050 年分别降至 3500/2000/1200 元/kg（2020 年为 5000 元/kg），相对 2020 年辨别下跌 30%、60%和 76%。

　　1、氢燃料电池客车，到 2030 年，续航里程将来到 500KM 以上，车辆 购臵资本与划一续航里程的纯电动客车相称。氢耗降至 5kg/100km 以下，氢气卖出代价低于 40 元/kg，其全性命周期的 TCO 优于纯电动车。（TCO 席卷购臵成本、爱戴成本、燃料资本以及残值等四方面）

　　2、氢燃料电池物流车，载荷实力≥3 吨、续航里程>

　　400KM 的氢燃料电 池物流车将于 2025-2030 年间 TCO 本钱经济性优于纯电动车型。

　　3、氢燃料电池浸卡，载荷实力≥35 吨、续航里程≥500KM 的氢燃料电 池物流车将于 2030 年独霸 TCO 资本经济性超出纯电动车型。

　　4、氢燃料电池乘用车，续航里程在 500KM 以上的乘用车将于 2040 年 后达到划一续航实力的纯电动车型相称的全人命周期本钱经济性。uwin电竞uwin电竞