横向对比传统燃油车和锂电池汽车，燃料电池汽车拥有这些优点！

燃料电池产业链中，“氢”是核心

本报告将不再过多赘述燃料电池的技术，仅就几个关键点做一下整理。

燃料电池是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料如氢、天然气等和氧化剂中的化学能直接转化为电能的高效发电装置。现金主流技术路径是质子交换膜燃料电池PEMFC，其操作温度低、启动速度快，是车用燃料电池的首选。

横向对比传统燃油车和最近蓬勃发展的锂电池汽车，燃料电池汽车（FCV，fuel cell vehicles）具备以下特点：

（1）来源广，不受地域限制；

（2）可储存，适应中大规模的储能；

（3）是可再生能源桥梁，可以将其变成稳定能源；

（4）可以做到零污染，零碳，是控制地球温升的主要能源；

（5）燃料电池所用的氢气可以像传统车汽油一样充装速度快，只需要几分钟时间；

（6）70 MPa （兆帕）的车载高压氢瓶，也保证了燃料电池汽车具有较长的续驶里程。

（7）燃料电池车辆寿命和运营里程达到传统汽柴油车水准，低温启动温度可以达到-30℃；

（8）没有传统热机卡诺循环的限制，，燃料电池最高能效转化率超过60%，远高于内燃机30%-35%的能源转换效率；

（9）电力发动，无明显机械震动，驾驶体验好

比较来看，燃料电池汽车集合了传统燃料车和锂电池车的优势，成为下一代汽车的发展方向。

前景是美好的，现阶段仍有诸多因素制约着燃料汽车的发展和普及，最为核心的问题就是解决“氢”的问题。当下制约燃料电池产业发展主要有三大瓶颈：加氢站数量较少、燃料电池整车成本过高，氢气价格高企。

从氢产业链上来看，可以分为“制氢”、“运氢”、“储氢”和“用氢”。燃料电池成本的下降需要这几个关键环节的同步下降。

目前全国在运营的加氢站仅19座，在建23座，规划44座，加起来尚未过百；反观全国的加油站数量已超过11万座，由于氢燃料电池的加氢方式可以类比燃油车的加油方式，因此加氢站的建设，不管是对于车主的需求，还是产业链的成本降低都十分重要。

低成本、低污染“制氢”，也是不得不考虑的事情。

制氢主要分为五种技术路线：工业尾气副产氢、电解水制氢、化工原料制氢、石化资源制氢和新型制氢方法等。

根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》，我国的制氢将走一条“浅绿色”到“深绿色”的发展路径。目前国内有工业副产氢气、煤化工制氢、以及弃电制氢等方式具备一定的经济性。

氢气储运是目前相对技术比较成熟的环节。当前小规模、短距离运输一般采用气氢拖车；若是大规模、短距离运输，可采用气氢管道；而液氢罐车运输适合长距离运输。我们认为更加重要是的通过规模效应迅速降低成本。

【3】国内燃料电池汽车市场开启，商用车有望先爆发

根据中汽中心最近统计数据，2018年全国燃料电池汽车产量为1619辆，而2030年目标为200万辆，仅为远期目标的近万分之一，因此未来十年，燃料电池汽车将具备万倍的市场空间。

根据国家补贴的方向和参照锂电池新能源车的发展历程来看，我们认为中国燃料电池汽车发展前期通过商用车发展（如公交车、物流车和重轻卡），借此拉动规模化后，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。

02 燃料电池汽车产业链梳理

市场总对“补贴”行业另眼相待，经常认为政府补贴就是不好的，就是没有竞争力的。而实际上，不管是学术界还是政界，对补贴都尚未形成定论，但至少有一点是肯定的，有些行业由于个体做不具备规模经济，且技术外溢的外部性严重，补贴这些行业具备经济合理性。

同时有些行业不仅仅是为了经济利益，还要考虑到国家安全、环保等因素。因此并不一定要谈补生变。其中，新能源板块就是典型这样的行业。

正是备受质疑的光伏、风电、锂电池汽车的补贴，让中国的这些行业成长为了全球第一，而且目前已经具备了经济性或者即将具备经济性。

而新能源板块拼图的下一块——燃料电池，正是下一个补贴的重点领域。

2018年发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，燃料电池汽车补贴基本保持不变。2019年最新的正式期政策等待官方下一步正式宣布。和动力锂电池一样，补贴将都是国补+地补同时进行，未来地补可能力度更大，因为全国氢能资源分布更加不均匀。作为全球最早研发燃料电池的汽车生产商之一，本田汽车公司从上世界80年底后期开始着手燃料电池的研发工作，并自1999年开始进行燃料电池车用实验工作。目前，本田公司旗下最新燃料电池汽车FCV Clarity所搭载的电堆体积功率密度约为3.1kW/L左右，达到全球领先水平。车用燃料电池对电堆的体积功率密度和质量功率密度都提出了很高的要求。其中，双极板作为燃料电池核心部件之一，重量占据电堆质量的80%以上，制造成本约占总成本的29%。目前，流场板和双极板“同一化”是个趋势，即流场板起着导气、导电、导热、支撑等全部功能，本田Clarity燃料电池堆就是其中之一。本文将从流场结构和电堆结构角度对本田Clarity搭载的燃料电池电堆进行深度解析。

现代 ix35

本田FCV Clarity燃料电池汽车的动力系统布置形式和现代ix35燃料电池汽车相似，高度集成化的燃料电池动力系统置于引擎盖下方。燃料电池动力系统的集成化依赖于每个零部件的高效工作，最大输出功率103 kW的燃料电池电堆和两级增压空压机、加湿器和驱动电机等附件在动力控制单元的系统控制下完成协同工作。在对重量和体积要求高的汽车上，高度集成的燃料电池系统需要高体积功率密度和高质量功率密度的燃料电池电堆。因此，电池的结构设计对于电堆的高性能输出至关重要。

流场设计关乎到反应气体能否及时、高效、均匀的输送到电化学的反应场所-催化层三相界面。此外，流场设计的优良和燃料电池的水管理能力相关，比如目前电池的脊(英文rib或land)越来越窄化，以此来优化脊下水淹现象和强化气体传质效果。流场结构或者电池结构的合理设计和布局关系到电堆结构的紧凑性、密封性和输出性能。

1.电堆轻质和紧凑

为了降低电池厚度，有必要减少阴阳极气体流道和MEA的厚度。根据公式有气体流道的深度=液态水Adhesion force/液态水Drainage force。当氢气和空气流道变浅或变薄时，产物水在气体流道中的附着力大大增加，导致水在流道中积聚和无法排出，因此气体传质受阻，性能下降。阴阳极气体进入电池平面内主要有三种形式，即顺流、逆流和交叉流。在本田公司2006版燃料电池结构中，阴阳极气体均为自上向下的顺流(利用重力)，称之为V-Flow结构。重力存在有益于液体水的排出，采用V-Flow结构设计的电池，气体流道的厚度降低了17 %。

最新一代Clarity车搭载的燃料电池电堆气体采用水平相向的流动方式，2块MEA与3块隔板构成一个电池单元，组成独特的冷却结构。如图7和图9所示，由于FCV Clarity燃料电池双极板结合形式为“三合一”，需要设计一段特殊的机构---进气歧管到MEA表面部分，如图11的resinification部分。此外，通过保持MEA相对湿度的均一性和降低湿润性水平后，进一步降低了电池厚度。该种方法使得产物水无法凝结成液态水，极大降低甚至壁面了水在流道中的附着积聚。根据本田的公开资料显示，即使在低负荷(堵水易发生在低负荷和高负荷情况下)下，drainage force也会消失。

得益于Clarity燃料电池的流场结构，湿润的空气给进口端带来了充足的水分，产物水向阴极出口方向移动，期间把水分带给MEA；然后水分穿过MEA反扩散至阳极侧，湿润阳极侧入口处；阴阳极侧均有水分的循环管理能力(比如阳极侧的引射器和阴极侧的加湿器等)。通过上述方案使得在发生电化学反应的MEA表面水分得以循环、均匀分布。