燃料電池將引領新能源汽車行業

1839年英國的Grove發明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。燃料電池發展已有近200年，在90年代之后開始迅猛發展，進入21世紀，燃料電池陸續在發電及供熱站、便攜式電源和交通運輸等多個領域得到應用。

燃料電池將引領新能源汽車行業

燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。但是，它需要電極和電解質以及氧化還原反應才能發電。目前最常用的燃料為氫氣和天然氣等碳氫化合物，但由于碳氫化合物在使用過程中會產生二氧化碳等溫室氣體，因此氫氣成為燃料電池的最理想能源。

追根溯源，看燃料電池發展200年

1839年英國的Grove發明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。燃料電池發展已有近200年，在90年代之后開始迅猛發展，進入21世紀，燃料電池陸續在發電及供熱站、便攜式電源和交通運輸等多個領域得到應用。從1958年第一個質子交換膜電池誕生以來，通用、戴姆勒、豐田等多家車企都相繼推出多款燃料電池汽車，2014-2015年豐田Mirai和本田Clarity的推出標志著燃料電池汽車商業化發展的開始。

燃料電池優勢明顯

燃料電池真正實現高效率和零排放。與傳統的石化燃料相比，燃料電池具有零排放、無振動噪聲等優點。

燃料電池轉換效率高應用廣泛。燃料電池由于其電能轉換不經過燃燒這一過程，理想化轉換效率可以達到83%左右，目前實際的轉換效率大概在45%-60%之間，內燃機轉換效率大概在30%-40%之間。同時燃料電池的功率范圍為1W～100MW，可以廣泛應用于交通運輸、便攜式設備、發電站和航空航天等領域。

與鋰電池比，燃料電池能量密度更高，且充氫比充電時間更短。三元動力鋰電池2020年的容量有望達到150Wh/Kg、200Wh/Kg，但后期容量提升空間有限，燃料電池憑借開放式系統，能量密度主要取決于儲氫量，其能量密度提升的空間更大。豐田Mirai的PEMFC系統的能量密度超過350Wh/Kg，而功率密度已經達到了2KW/Kg。動力鋰電池雖然能承受一定程度的高倍率快速充電，但對電池的循環壽命形成永久傷害，且充電時長在30分鐘以上，相比之下燃料電池車只需要3～5分鐘即可完成加氫。

質子交換膜是車用燃料電池主流技術

按照電解質不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質子交換膜燃料電池（PEMFC）等，目前應用最廣泛的燃料電池主要是MCFC、SOFC及PEMFC。

圖1 燃料電池工作原理圖

15年各類燃料電池系統出貨容量占比

10-15年燃料電池系統出貨量

PEMFC以其功率密度大、體積小、質量輕、室溫下即可工作、起動迅速等優點，因此質子交換膜燃料電池（PEMFC）更適于應用在燃料電池汽車領域，被公認為電動汽車、固定發電站等的首選能源，因而現在是研究的熱點。

質子交換膜（PEMFC）是當今發展的熱點

2015年全球燃料電池出貨量超過342.6MW，比2014年增長了84.8%。

受益交通應用拉動，PEMFC出現跨越式發展，并成為當今國際上燃料電池發展的熱點。2010-2015年，PEMFC、SOFC、MCFC三種類型電池占據了歷年總出貨量的90%以上，其中受交通運輸領域需求拉動，P E M F C在2 0 1 5年出貨量出現了跨越式增長，同比增長高達147.04%。

日美引領燃料電池發展

日韓在燃料電池車領域的產研推進領先于其它國家，日本的新能源戰略以燃料電池車為主，）根據日本經濟產業省公布計劃，日本將力爭在2025年累計售出燃料電池車20萬輛，并在2030年達80萬輛。與此同時，日本還計劃到2020年將為燃料電池車提供燃料的加氫站數量增加至目前的2倍，共達到160處，并在2025年實現數量上的再次翻番。屆時，日本全國范圍內的加氫站總數將達320處。

號稱世界第一輛量產版氫燃料電池車-現代ix35FCV。2013年2月26日，世界上第一輛量產版氫燃料電池車ix35問世，現代成為全球首家量產氫燃料電池汽車的制造商，比大眾、豐田等至少提前了2年。

美國政府對燃料電池汽車支持在布什任職期間達到頂峰；在奧巴馬政府期間，美國能源部宣布從美國振興計劃（AmericanRecoverya ndReinvestmentActFunding）中撥款4190萬美元支持燃料電池特種車的研發和示范，另在2011年美國財政預算中安排5000萬美元用于燃料電池和氫能技術研發。

在美國能源部（DOE）、交通部（DOT）和環保局（EPA）等部門的支持下，燃料電池技術近年來取得了很大的進步，通用、福特、豐田、戴姆勒奔馳、日產、現代等整車企業都在美國加州參加了燃料電池電動汽車的技術示范運行，并培育了一系列國際知名的燃料電池研發和制造企業。比如普拉格能源公司（PlugPower）：全球燃料電池叉車領導者；巴拉德動力系統公司（BallardPowerSystems）：燃料電池的翹楚；Hydrogenics公司：電解水制氫和大型燃料電池領域佼佼者。

各廠商即將量產燃料電池汽車

舉世矚目的Mirai推出將引爆行業發展

2014年12月，豐田發布了當今舉世矚目的最具成本優勢、性能最先進的Mirai燃料電池電動汽車。售價僅為723.6萬日元(折合人民幣約37.8萬元，相比于10年前100萬美元的成本，成本下降了90%以上）。經過日本政府補貼后，實際價格520萬日元(折合人民幣約27萬元)，相當于一臺豐田皇冠汽車的價格。

在MiraiFCV上市的第一個月內，豐田就已收到約1500輛的采購訂單，遠超預期目標400輛，2016年銷量輛2039輛。預計2017年銷售10000輛，并規劃在2020年將銷量提升到3萬輛，這不僅代表著燃料電池車商業化的開端，也讓大眾看到燃料電池在汽車市場的商業化應用潛力，增加了整車廠商對燃料電池車的信心。

整車企業燃料電池車已經進入產業化

20世紀通用開始研發氫燃料電池以來，本田、豐田、現代、戴姆勒等整車廠相繼開展對氫燃料電池動力系統的研發。由于燃料電池的技術門檻非常高，國際上形成了三大聯盟：豐田與寶馬、日產與戴姆勒及福特、本田和通用，幾大公司均有相應車型面世。

現代于2013年率先量產氫燃料電池車現代ix35，并于2014年在韓國上市，ix35在韓國市場的售價高達1.5億韓元（約人民幣85.5萬元），加上韓國加氫站配套設施的缺乏，導致ix35銷量始終不盡如人意。截至2015年初，ix35僅銷售了200多輛，最終不得不降價43%以搶奪市場份額。

在M i r a i發布一年多后，2016年10月，7本田燃料電池汽車Clarity也開始租售，在日本的售價為766萬日元（約人民幣44萬元）。

各大廠商加快燃料電池汽車產業化進度，將于未來5年內集中發布。通用、奔馳、寶馬、奧迪等廠家也都在燃料電池汽車領域有所研究，將于未來幾年陸續推出燃料電池車。據美國媒體TheDetroitBureau報道，預計到2027年，市場中將至少新增17款燃料電池車。

燃料電池車市場將達到456億

NavigantResearch預測到2021年，全球燃料電池汽車（包括巴士）銷量將超過5萬輛，到2024年全球燃料電池車大規模量產時，年銷量將達到22.8萬輛。預計總市場規模將達到456億元。（文章來源：華領觀察）