2019年中國燃料電池現(xiàn)狀、政策支持及燃料電池發(fā)展前景分析[圖]

    燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。根據(jù)電解質(zhì)種類不同，燃料電池基本分為五種：堿性燃料電池（AFC）、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）以及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。 燃料電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換效率高；無污染零排放；模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)保養(yǎng)成本低； 燃料來源廣泛，通過多種方式制備。

    質(zhì)子交換膜燃料電池憑借其特性主要應(yīng)用于新能源汽車。對(duì)比其他幾種燃料電池， 質(zhì)子交換膜電池輸出功率密度高，質(zhì)量功率高，可在室溫條件下工作，同時(shí)起動(dòng)迅速，主要應(yīng)用于新能源汽車。

燃料電池種類

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    質(zhì)子交換膜電池主要由質(zhì)子交換膜、催化劑，雙極板等構(gòu)成。當(dāng)它工作時(shí)，氫氣進(jìn)入陽極擴(kuò)散層，并在催化劑的作用 下轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子；氧氣進(jìn)入陰極擴(kuò)散層，并在催化劑的作用下得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)?O2- 離子；質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極與 O2-作用形成水，電子則通過外電路回到陰極，在這個(gè)過程中產(chǎn)生并提供電能。

    一、電池系統(tǒng)

    電池系統(tǒng)是燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，而電池堆是其重要組成部分。燃料電 池汽車產(chǎn)業(yè)鏈包括上游礦產(chǎn)等相關(guān)資源，中游的電池系統(tǒng)、電機(jī)電控以及下游的整車廠、 加氫站及服務(wù)等。燃料電池電池系統(tǒng)分為兩大部分：一是電池堆，包括質(zhì)子交換膜、催化劑、擴(kuò)散層和雙極板；二是其他部件，包括空壓機(jī)、儲(chǔ)氫瓶。

    電池堆包括質(zhì)子交換膜、催化劑、擴(kuò)散層和雙極板。其中質(zhì)子交換膜直接影響燃料 電池的使用壽命；催化劑決定電極反應(yīng)的效率；擴(kuò)散層起到支撐催化層，收集電流，傳導(dǎo) 氣體和排出水作用；雙極板則負(fù)責(zé)把燃料和空氣分配到兩個(gè)電極表面以及電池堆散熱。

電池堆組成部分情況

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    二、政策

    國內(nèi)外基本上從發(fā)展規(guī)劃、行業(yè)技術(shù)、財(cái)稅政策等維度對(duì)燃料電池及燃料電池汽車給 予政策支持，推動(dòng)燃料電池汽車商業(yè)化進(jìn)程。

國外燃料電池相關(guān)支持政策

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國內(nèi)燃料電池相關(guān)支持政策

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國燃料電池行業(yè)市場(chǎng)行情監(jiān)測(cè)及發(fā)展前景展望報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：2019 年國內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)量為 2,833 輛，同比增長 86%；：根據(jù)各城市燃料電池推廣目標(biāo)規(guī)劃，到 2020 年我國燃料電池商用車將 達(dá)到 1.16 萬輛，乘用車將達(dá)到 0.3 萬輛。

2016-2019 年燃料電池車產(chǎn)量及增速（輛）

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地方燃料電池汽車相關(guān)規(guī)劃推廣量

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    三、發(fā)展趨勢(shì)

    1、成本逐步降低

    燃料電池系統(tǒng)占燃料電池汽車全部成本的一半以上。燃料電池汽車成本構(gòu)成中，燃料電池系統(tǒng)占65%左右，電池電機(jī)系統(tǒng)占9%左右，車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)占 8%，剩余其他零部件占18%左右。燃料電池系統(tǒng)成本高阻礙了燃料電池車的市場(chǎng)化進(jìn)程，究其原因主要是組成燃料電池系統(tǒng)的質(zhì)子交換膜技術(shù)壁壘高成本高、催化劑使用貴金屬鉑以及雙極板加工工藝嚴(yán)格下成本高。

燃料電池汽車主要部件成本拆分

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    構(gòu)成電堆的主要部件，如質(zhì)子交換膜、雙極版、催化劑所使用的原材料持續(xù)的研究、開發(fā)以及技術(shù)的提高是電堆整體成本降低的主要原因。目前，催化劑一方面研究降低鉑的用量，另一方面國際上包括二硫化鉬、液相催化劑等新型催化劑不斷取得突破；質(zhì)子交換膜技術(shù)的突破也帶來成本的降低，雙極版則通過提升制造工業(yè)和尋找替代材料實(shí)現(xiàn)成本的降低。

    在年產(chǎn) 50 萬套燃料電池假設(shè)下，2020 年燃料電池系統(tǒng)成本將從 53 美元/千瓦降至 40 美元/千瓦，更遠(yuǎn)期的目標(biāo)是 30 美元/千瓦，接近傳統(tǒng)燃油車成本。

燃料電池系統(tǒng)成本規(guī)劃（美元/千瓦）

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    2、加氫站建設(shè)提速 氫燃料綜合成本降低

    目前加氫站由于前期投資大，運(yùn)營成本高， 整體運(yùn)營的數(shù)量少，截止到 2019 年，全國累積運(yùn)營的加氫站為 52 座；政策支持下加氫站 建設(shè)有望在未來幾年提速：一方面財(cái)政給予加氫站建設(shè)補(bǔ)貼；另一方面規(guī)劃加氫站建設(shè)數(shù)量，規(guī)劃到 2020 年，加氫站達(dá) 100 座；到 2030 年，加氫站達(dá)到 1,000 座。

    加氫站是燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)環(huán)節(jié)，加氫站儲(chǔ)備的氫氣來源向上延伸涉及制氫、運(yùn)氫，目前各個(gè)環(huán)節(jié)都有不同的實(shí)現(xiàn)形式；未來有望通過在不同環(huán)節(jié)降低成本的基礎(chǔ)上的有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)制氫-運(yùn)氫-儲(chǔ)氫綜合成本的最小化，推動(dòng)商業(yè)化進(jìn)程的加速。通過對(duì)比以下制氫-運(yùn)氫-儲(chǔ)氫的不同方案，顯示方案 1 綜合成本最低，即集中式天然氣蒸汽重整制氫——管束車壓縮氫氣運(yùn)輸——加氫站壓縮氫氣。未來有望在不同環(huán)節(jié)減低成本的同時(shí)，通過相互的有效組合，實(shí)現(xiàn)綜合成本的最低。