你知道中国燃料电池产业发展的关键因素有哪些吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-02 11:37
点击量：次
中国燃料电池产业开始加速发展，2018年预计突破3000-5000台规模，电堆成为中国燃料电池产业发展的关键因素之一。目前电堆国产化取得长足的进步，关键零部件能实现不同程度的国产化，与国际先进水平差距会迅速缩短。
国内电堆企业可分为自主研发和技术引进两大类,自主研发企业优势是技术和供应链自主，但可靠性、规模生产和供应链管理需要更大努力。技术引进企业好处是研发风险低、形成产能快，缺点是技术授权成本高。
投资方面，我们继续看好燃料电池产业以及电堆这个产业的核心，企业方面，继续推荐巴拉徳动力(BLDP)、大洋电机(002249.sz)、富瑞特装(300228.sz)、雄韬股份(002733.sz)、东岳集团(0189.HK)。
正文
旭日始旦，燃料电池景气高峰起点
1、2017产业元年，中国燃料电池汽产量达到千辆
2017年是中国燃料电池产业化的元年，部分地区开展小规模的燃料电池汽车运营，截止目前中国燃料电池汽车数量达到1000辆左右，佛山和北京已有燃料电池公交大巴运行，京东、申通等物流公司开始试用燃料电池物流车。2018年国内燃料电池汽车有望突破3000-5000台规模，中国燃料电池开始令人振奋的高速发展阶段。
2、路径明确：商用车带动加氢站建设，降低氢气与燃料电池成本
中国燃料电池汽车发展路径明确：通过商用车发展，规模化降低燃料电池和氢气成本，同时带动加氢站配套设施建设，后续拓展到私人用车领域。优先发展商用车的原因在于：一方面公共交通的平均成本低，而且能够起到良好的社会推广效果，形成规模后带动燃料电池成本和氢气成本下降;另一方面商用车行驶在固定的线路上且车辆集中，建设配套的加氢站比较容易。当加氢站数量增加、氢气和燃料电池成本降低时，又会支撑更多燃料电池汽车。
【广告：点击图片了解详情】
专场论坛：燃料电池在物流车、商用车中的应用
3、燃料电池多地开花，20省市推动产业发展
全国以富氢优势、弃电较多或者产业领先为代表的地区重视燃料电池发展，多地市兴建氢能产业园区，氢能小镇和产业集群等，推动燃料电池公交、物流车示范运营，截至目前超过20省市明确推动氢燃料电池产业发展。目前仅上海、盐城、武汉、佛山和苏州四城规划显示，到2020年燃料电池汽车数量近1万辆。
电堆是最关键部件，性能满足商业化需求
1、电堆是最关键部件
电堆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。
电堆是发生电化学反应场所，燃料电池动力系统核心部分。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。
在燃料电池产业链中，电堆是处于中游核心环节。催化剂、质子交换膜、气体扩散层组成膜电极和双极板构成电堆的上游，电堆与空压机、储氢瓶系统、氢气循环泵等其它组件构成燃料电池动力系统，下游应用对应交通领域和备用电源领域，主要是客车、轿车、叉车、固定式电源和便携式电源等。
2、电堆性能达到商业化，铂金不是瓶颈
目前燃料电池汽车在速度、加速时间和续航均满足日常使用，商业化瓶颈主要是在耐久性、低温启动和铂金需求方面，目前电堆性能达到商业化需求。
在耐久性方面，丰田和新源动力轿车用电堆寿命超5000h，Ballard FCvelocity-HD6燃料电池已经达到超过25000小时时间的耐久性记录，已经满足日常乘用车和商用车使用需求。轿车用电堆耐久性达到5000h，普通乘用车用户日均行驶2h，轿车可使用7年;商用车电堆耐久性达到25000h，一辆商用车日均行驶8h，使用时间可达到8年。
低温性能方面，目前电堆可以应对全球绝大部分地区和气候，丰田燃料电池汽车和本田燃料电池汽车分别实现了-37℃和-30℃启动;即使在冬天，燃料电池汽车依然可以满足日常使用。
铂金需求方面，目前本田电堆铂金载量已经低至0.12g/kg，铂载量还处于持续下降过程中，铂金不会成为燃料电池发展瓶颈。以本田Clarity为例，单辆燃料电池车催化剂耗铂已经降至10g左右，而单辆柴油车需要5g做铂金作为尾气净化催化剂，目前燃料电池催化剂铂金用量已经降至产业化水平，而且处于持续下降中，不会引起铂金需求短缺。假设到2025年单车铂载量5g计算，燃料电池汽车100万辆计算，铂金需求量5吨，相对2017年铂金用量244吨，边际增量只有2%;考虑燃料电池铂载量持续下降和非贵金属催化剂的发展，燃料电池汽车规模化的资源瓶颈并不存在。
国内电堆实现量产，成本下行通道
1、我国掌握燃料电池关键材料、部件及电堆的关键技术
经过863计划，我国初步掌握了燃料电池关键材料、部件及电堆的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池技术平台，燃料电池在国内外开展了多次示范运行。2015年，我国燃料电池电堆性能达到：-20℃启动及-40℃存储;寿命3000h;功率密度2kW/L、比功率1.5kW/kg;能量效率55%。
2016年11月，国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项“燃料电池基础材料与过程机理研究”项目在大连启动。项目由中国科学院大连化学物理研究所牵头，21家单位共同参与，在催化剂、质子交换膜、金属双极板、膜电极等方面开展基础性研究，同时对燃料电池低温环境适应性、流场结构、水管理过程等方面进行优化设计，掌握批量制备燃料电池所需电化学材料关键技术，项目指标达到DOE2020年目标。
2、国内电堆实现量产：自主研发和引进技术路线并举
目前国内燃料电池电堆正在逐渐起步，电堆及产业链企业数量逐渐增长，产能量级提升，到2018年国内电堆产能超过40万kW。目前国内电堆厂商主要有两类：(1)自主研发，以新源动力和神力科技为代表;(2)引进国外成熟电堆技术，以广东国鸿为代表，其余企业有南通百应、嘉兴爱德曼等。
新源动力长期致力于燃料电池研发生产，公司现有产能1.5万kW/年。其开发的HYMOD® -300型车用燃料电池电堆模块，采用高稳定性、高性能的“膜基催化层膜电极设计”和高可靠性的“复合双极板结构”，达到车用燃料电池5000小时的耐久性，实现电堆-10℃低温启动，-40℃储存。
广东国鸿于2016年5月引进加拿大巴拉德签署引进9SSL电堆生产线技术，并在国内建设年生产2万台电堆(30万kW)和5000套系统的生产线，生产线于2017年7月1日正式投产。 9SSL系列燃料电池电堆是为交通领域设计的液冷式电堆产品，能够满足车用车载动态特性要求。它具有良好的单电池均一性，工作寿命超过2万h，最长寿命超过2.5万h。巴拉德9ssl电堆的9SSL系列电堆产品自2009年生产至今已累计生产电堆超过10,000台，部署量达到320MW，产品的成熟性已经过充分的市场验证。
3、电堆成本进入下行通道
电堆成本在燃料电池汽车中占比最高。目前燃料电池电堆实现小规模放量和初步国产化，电堆成本已经实现有力下降。随着规模放大以及电堆产业国产化，电堆成本预计可降60%。
具体到各个环节来看，气体扩散层降本主要由规模化效应驱动;而质子交换膜、催化剂和双极板降本则需国内工艺进步和规模化加以推进。
电堆产业链国产化进行时
1、国内电堆产业链雏形初具
国内燃料电池电堆产业链初成雏形，上游厂商齐全，膜电极、质子交换膜和双极板具备国产化能力，气体扩散层有小批量供应，催化剂具备研发能力。
2、国内膜电极具备产业化能力，有序化膜电极是工艺发展趋势
膜电极(membrane electrode assembly，MEA)是质子交换膜燃料电池发生电化学反应的场所，是传递电子和质子的介质，为反应气体、尾气和液态水的进出提供通道，膜电极是质子交换膜燃料电池的心脏。膜电极通常由5部分组成，即中间的质子交换膜、两侧的阳极催化层和阴极催化层，最外侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层。
当前膜电极在性能和产能方面可以初步满足商业化需求。现阶段性能初步满足产业使用，2015年MEA，在工况条件下寿命达到2500小时，性能方面也达到810mW/cm2。膜电极厂商具备万平米级产能，目前做膜电极的厂商分为两类，一种是具备膜电极产业化能力，能够自给自足的燃料电池厂商，以丰田和Ballard为代表。另外一种是专业的膜电极供应商，包括Gore、JM、3M、Toray(Greenerity)和国内的武汉理工新能源等，都已经具备了不同程度的自动化生产线，年产能在数千平米到万平米级。
国内武汉理工新能源生产的是燃料电池的核心零部件膜电极，年产量达到12万片，建成自动生产线产能5000平米/年。武汉理工新能源膜电极产品功率密度，最高可达1W/cm²;Pt用量低至0.3mg Pt/ cm²。
MEA生产工艺瞄准低铂和高功率密度，有序化膜电极工艺是未来发展趋势。膜电极技术经历了三代发展，大体上可以分为热压法、CCM(catalyst coating membrane)法和有序化膜电极三种类型。目前大部分厂商选择第二代CCM三合一膜电极技术，有序化膜电极是当下工艺发展趋势。有序化膜电极能兼顾超薄电极和结构控制，拥有巨大的单位体积的反应活性面积及孔隙结构相互贯通的新奇特性，可以达到高效三相传输、高Pt利用率、高耐久性，使其成为了PEMFC领域的研究热点，也是下一代膜电极制备技术的主攻方向。
3、质子交换膜：全氟磺酸膜是主流，国内具备量产能力
质子交换膜是作为PEM燃料电池的核心组件，主要功能是充当质子通道实现质子快速传导，同时还起阻隔阳极燃料和阴极氧化物的作用，防止燃料(氢气、甲醇等)和氧化物(氧气)在两个电极见发生互串，此外还需要对催化剂层起到支撑作用。质子交换膜性能好坏直接决定着PEM燃料电池的性能和使用寿命，作为PEM材料，应具有以下性质：
