燃料电池行业的发展现状与未来趋势.docx
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1、燃料电池行业的发展现状与未来趋势燃料电池发展至今已经有近200年的历史,有测算预估到2035年,整个氢能产业链将带来5万亿的市场容量。产业链包含了上游的制、运、储,中游的燃料电池电堆、系统,及下游的交通运输、电源等。2020年国家颁布了以奖代补新扶持政策,将全国划分为5个城市示范群-北京、上海、广东、河北、河南,每个城市群最高可获得18.7亿元的补贴。通过2018年的燃料电池汽车购置补贴政策与2020年以奖代补政策对比发现,新政策在补贴的侧重点-从下游主机厂转向上游核心零部件及关键材料企业、补贴的直接获得对象-从主机厂转向牵头城市主导、直接受益对象-不仅是主机厂,地方政策还可以直接补贴到零部件
2、和材料企业等都有较大的变化。以奖代补新政策有助于加快燃料电池核心零部件环节的国产化进程.得益于新政策的实施,部分企业也正在将总部向五大城市群进行分流,其中以广东城市群中的牵头城市佛山最为明显。数据显示,2021年国内燃料电池零部件厂商达到了350个,对比2020年新增80个。-.燃料电池的现状1-1.燃料电池整体发展方向目前全球致力将低钳载量,高性能,低成本的膜电极,高导电、导热能力的双极板和气体扩散层作为主要的发展方向。而未来在下游应用对性能需求的提升下,也会往更高工作温度,更高效,成本更低的方向发展,可能在各部件材料及设计上都会有非常大的革新。I-2.燃料电池的应用及产销情况现阶段主要有几
3、种燃料电池技术:质子交换膜燃料电池、磷酸盐燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池及固体氧化物燃料电池等。而由于显著的工作温度及启动时间优势,目前市场上将质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为最主要的发展方向,在政策及性能优势的驱使下,质子交换膜燃料电池的下游应用主要集中在交通运输方面。数据显示,我国2021年全年汽车销量近1600辆,其中I-IO月1233辆,超过90%的部分为中重卡,而重卡也是未来燃料电池商用车的主要应用之一。图:2018-2021年燃料电池汽车产销量情况(辆)来源:中国汽车工业协会/中泰证券研究所通过对燃料电池车、纯电动车及传统燃油车的数据对比不难看出,随着技术的不断迭代
4、,新能源车型的优势逐步突显出来。对于新技术的产生,目前市场上众说纷纭,很多声音说燃料电池汽车终难以取代锂电能源车,但是实际上燃料电池汽车的存在更多在于相应碳中和的号召,节能减排,所以将燃料电池车的成本做到接近于传统燃油车,才是最终的目的。而相较于锂电池,燃料电池优势明显:氢气作为燃料的良好热能、工作时的反应效率,尤其是它具有优越的低温启动能力,短时间加注能力及单次加注后的长续航能力,都成为其在目前市场下得到重视的重要诱因。通过近些年的政策重视及产业引流,目前燃料电池车的主要存量分布已于前些年的欧美主导逐渐变为中日韩主导。据相关报道显示,全球目前质子交换膜燃料电池最多数的应用仍是在于乘用车领域。
5、2021年10月,世界领先的氢能乘用车,丰田公司的Mirai2代,实现了在加注5.65公斤氢气的情况下1360公里的续航,折合每公斤氢气240公里,这一突破打破了吉尼斯世界纪录.而对于当前的国内情况,氢能乘用车的整体发展速度较缓,主要还是着重于布局商用车,尤其中重卡领域。目前世界头部的几个主流重卡车型如丰田的KenworthT680、HINO和现代的Xcient等都可以实现全燃料电池系统工作,锂电设备作为辅助,而国内重卡大多仍停留在燃料电池及锂电池共同工作的情况,由此一来燃料电池在寒冷冬天的低温冷启动优势就很难得到体现,且对于燃料电池重卡的整体载重量也会有一定程度的削弱。对比目前市面上的纯锂电
6、重卡产品,氢能燃料电池的充电时间将会从几个小时缩减为几分钟,同时在续航能力方面将会有较大的改善,这都使燃料电池在重卡领域未来会得到极大的推广应用。二什么是燃料电池?来源:公开信息质子交换膜燃料电池是一个以氢气作为燃料,质子交换膜(PEM)作为电解质,通过电化学反应将化学能转化为电能的发电装置。具体表现为通过在阳极输入氢气发生氧化反应,阴极输入氧气或空气发生还原反应,在催化剂的作用下生成水的电化学反应。PEMFC有七层结构构成,中间是PEM,两侧为催化剂层(CL),再往外是气体扩散层(GDL),这五层成为膜电极(MEA),膜电极的两侧为双极板(BP),七层结构构成了燃料电池组件,多个电池组件通过
7、堆叠形成了燃料电池电堆。图:燃料电池结构图2-1.电解水制氢与燃料电池的相似之处及发展趋势氢气作为燃料电池的燃料,具有非常高的热值,而高纯度氢气制取技术作为燃料电池的上游,对燃料电池的发展起到很大的推动作用.就传统制氢而言,中国是煤炭大国,通过煤炭制氢是最主要的方式,而国际上主流方式还是用天然气制氢方法。随着技术的迭代,天然气及重整制氢也逐渐成为目前中国重要的制氢方式。但是由于制备过程中都有碳排放情况产生,并不能彻底解决问题。所以电解水制氢技术应运而生,如何获取较高的制备效率也将会是制氢技术的重要驱动因素。目前国内电力来源仍是煤电,所以在电解水制氢的过程中,仍然无法从根本上解决碳排放问题。但是
8、随着国内风电、光伏发电的逐步发展,相信在不远的将来,无论是从碳排放还是制氢成本上都将会有很大程度的改善。通过对煤制氢、天然气/重整制氢、工业副产制氢、水电解制氢等的对比不难看出,各方式的制氢成本和各地区原材料的成本有密切关系,天然气制氢方式的制氢成本较低,也是未来可能大规模应用的一个方向,而电解水制氢由于其较低的能源转换效率(50%左右)和氢气制取效率(75%左右),目前仍然处于发展阶段。主流的电解水制氢技术共有三种类型:碱性电解水(AE)制氢、质子交换膜电解水(PEM)制氢和固态氧化物电解水(SoEC)制氢,其中碱性电解水制氢是最为成熟、产业化程度最广的制氢技术,但其电解效率仅为60-75%
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