氢燃料电池行业研究概述.docx

氢燃料电池行业研究概述 目录 1、氢燃料电池概况 ............................................................................... 2 1.1 燃料电池概念 ................................................................................... 2 1.2 燃料电池分类 ................................................................................... 2 1.3 燃料电池优势 ................................................................................... 2 2、氢燃料电池产业链解析................................................................... 3 3、氢燃料电池市场细分 ....................................................................... 5 3.1 固定领域 ........................................................................................... 6 3.2 交通运输领域 ................................................................................... 7 3.2.1 核心应用：叉车 ..................................................................... 7 3.3.2 燃料电池车的产业化 ............................................................. 8 3.2.3 燃料电池车未来发展 ............................................................. 9 3.3 便携式领域 ....................................................................................... 9 4、相关企业 ......................................................................................... 10 氢燃料电池行业分析 1、氢燃料电池概况 1.1 燃料电池概念 燃料电池，是一种主要通过氧或者其他氧化剂进行氢化还原反应，把燃料中的 化学能转化为电能的电池。

即使用氢气作为燃料，利用电解水的逆反应产电的一种 燃料电池其工作原理是：将氢气送到电池的阳极板，通过催化剂的作用，氢原子 变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子， 其中氢离子通过电解质达到阴极板， 而电子不能通过电解质，而只能通过外部电路形成电流电子到达阴极板后，与氢 原子和氢离子重新结合为水 1.2 燃料电池分类 燃料电池有多种类型，但是它们都有相同的工作模式他们主要由三个相邻区 段组成：阳极、电解质和阴极两个化学反应发生在三个不同区段的借口之间两 种反应的净结果是燃料的消耗、水或者二氧化碳的产生，和电流的产生，可以直接 用于电力设备 燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型；按电解质种类又可分为 碱性染料电池（AFC） 、磷酸盐型燃料电池（PAFC） 、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC） 、 固化氧化物型燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC） 燃料电池按电解质种类分类 类型 碱 性 燃 料 磷 酸 盐 型 碳 酸 盐 型 固体氧化物 气质交换膜 （AFC） （PAFC） （SOFC） （SOFC） （PEMFC） 燃料 纯氢 氢气 氢气、 煤气、 氢气、 煤气、 氢气、甲醇 天然气、沼 天然气、沼 气等 气等 氧化剂 纯氧 空气、氧气 空气、氧气 空气、氧气 空气、氧气 电解质 氢氧化钾 磷酸盐基质 碳酸锂、碳 稳定氧化锆 聚合物膜 酸钠、碳酸 等薄膜或薄 基质 板 催化剂 无 铂 无 无 铂 工作温度 9-100 190-200 600-700 700-1000 80-100 水管理 蒸发排水 蒸发排水 气态水 气态水 蒸发排水+ 动力排水 发电效率 60% 40% 45%-50% 60% 固定式 35% 运输 60% 发电能力 10-100kw 1kw-100kw 100-400kw 300kw-3mw 1kw-2mw 用途 太 空 用 电 分 布 式 发 分 布 式 发 辅助电源、 备用电器、 源、军用电 电、废水处 电、电力公 电力公司、 移动电源、 源 理厂、 医院、 司 分布式发电 分 布 式 发 应急电源 电、运输、 特种车辆 数据来源： 《燃料电池》 1.3 燃料电池优势 氢燃料电池阴极板供给的氧可直接从空气中获得，因此仅需不断给阳极板供应 氢气并及时把水带走，氢燃料电池就可以不断提供电能。

相对于其他能源，氢燃料 电池的发电过程无污染、能量转换效率高，且其燃料氢气来源广泛，可再生 燃料电池主要优势列表 无污染 燃料电池属于清洁能源的一部分，由于其反应过程就是无污染的水 反应，反应过程不会产生污染物，其主要污染物来自于燃料，可能 存在氮氧化物等污染相对于普通火力发电的空气污染以及传统电 池的重金属污染而言，燃料电池对环境的污染程度远远降低而氢 燃料电池，其燃料为纯净无污染的氢气，相对其他燃料而言，废气 中也不存在污染物可以说，氢燃料电池就是一个能真正实现零污 染的环保能源 高 效 的 能 燃料电池的发电效率也处于较高水平在各种发电方式中，传统火 量 转 换 效 力发电效率在 30%左右， 远低于燃料电池平均的 40%-60%效率 而在 率 汽车领域的应用中，燃料电池的效率可达 60%，也高于目前汽车普 遍使用的内燃机效率总体而言，燃料电池的能量转换效率在其类 似替代能源中都处于较高水平 燃 料 易 获 氢是宇宙中最常见的元素， 氢及其同位素占到了太阳总质量的 84%， 得 宇宙质量的 75%都是氢氢分子在地球上不是以天然的气体存在， 大部分氢结合氧存在水中，可以说水资源在一定程度上代表了氢能 的储存量。

比较于传统内燃机，氢燃料最大的优势就是无排放（排放为纯水） ，同时稳定性 高、可以持续工作，出现故障的概率较低；比较与锂离子电池等电动车，其最大的 优势就是功率密度高，不需要装载笨重的电池系统但是燃料电池的劣势也比较明 显，首先是运行温度与能量转换效率成正比，但较高的运行温度限定了应用范围， 同时无论是从燃料电池本身的成本，还是从燃料成本上都还远远高于内燃车和锂离 子电动车所以燃料电池的应用领域一般都是针对稳定性、排放及空间要求高，但 同时对于设备、燃料经济性要求较低的领域，PLUG 的叉车概念就是最好的例证 2、氢燃料电池产业链解析 氢燃料电池主要包括电池组件和燃料两个部分因此其上游主要是氢气供应以 及电池零组件 氢气供应部分主要是为燃料氢气而准备的， 主要流程包括氢气生产、 输送和充气机而电池零组件部分则主要生产燃料电池组、氢气存储设备和配件 中游则是将上述组装，形成一个完整的可投入使用的燃料电池系统，每种系统构成 都依据其不同的应用领域而有所不同下游的应用板块则主要包括了固定、交通运 输和便携式三个主要领域 产业链的核心在于中游的燃料电池系统，系统的组成对于下游的应用而在燃 料电池系统中，燃料电池模块是最为重要的。

一般燃料电池由电解质、催化剂和双 极板组成， 在这三者中， 催化剂的有无对燃料电池成本的影响最为巨大 对于 PEMFC 来说，由于其使用昂贵的铂族金属作为催化剂，其价格一直居高不下，可以说，催 化剂是燃料电池价格的决定因素之一另一个重要决定因素是电解质，不同技术类 型的燃料电池对电解质的要求不同，不同的电解质的价格也会有多不同，并最终对 燃料电池价格产生影响 PEM 燃料电池成本分布情况 单位 2010 2011 2012 2013 金属铂价格 美元/盎司 1100 1100 1100 1500 金属铂成本 美元 /80 千 559 528 621 974 瓦 电池堆成本 辅助设备成 本 其他成本 系统总成本 催化剂成本 占比 美元/千瓦 美元/千瓦 美元/千瓦 美元/千瓦 %25 25 1 51 13.7%22 26 1 49 13.5%20 26 1 47 16.5%27 27 1 55 22.1%应用领域 汽车巴士叉车摩托车/ 自行车 飞机潜艇便携式电 源（笔记 本、智能 、取 暖器） 移 动 基 稳定可靠 站、分布 式发电、 不间断电 源燃料电池下游领域情况 优点 缺点 能量使用效率较高，零排放 生产成本过高，制氢、 运输氢、储氢成本较 高，高压储氢安全性 问题 燃料电池巴士比柴油和天 生产成本过高，制氢、 然气巴士的燃料经济性高 运输氢、储氢成本较 出 39%-141% 高，高压储氢安全性 问题 燃料电池在工业应用内最 下游客户局限在西斯 大的部门之一，室内使用无 科、联邦快递、可口 污染气体排放、电能持续时 可乐、金佰利等对室 间长，降低电池体积 内环境要求较高的食 品快递企业叉车市场 零排放，基本无噪音 经济型不高，续航里 程较低 低噪音，低散热，可作为无 造价高 人侦察机，续航时间长，故 障率低 低噪音，低散热，在雷达探 —— 测上可降低被发现概率，续 航能力突出，无废气排放， 可产生饮用水 主要用于野外使用，不需要 体积较大，且实际使 发电，直接通过添加燃料， 用成本远高于充电成 方便快速，功率可调节 本代表公司 本田、 丰田、 奔 驰UTC Power、丰 田、Ballard、 Hydrogenics 、 Proton Motor PlugIntelligent Energy、本田 波音德国海军造船 厂——成本较高—— 环节一 环节二 环节三 环节四 环节五 氢电池产业各环节优劣势分析 燃料电池堆系 优势：成本及性能已经接近商业化门槛。

统 劣势： 催化剂贵、 氢纯度要求高、 老化问题、 电池寿命 制氢环节 成本已基本达到目标上限 加氢站 成本仍然较高，商业化尚需时日 安全性仍需要提升，性价比与安全性是关键考虑问题 氢气运输 成本太高 氢储存 储存问题是核心难题3、氢燃料电池市场细分 氢燃料电池早在 20 世纪 60 年代就因其体积小、容量大的特点而成功应用于航 天领域进入 70 年代后，随着科学技术的不断进步，氢燃料电池也逐步被运用于发 电和汽车现如今，伴随各类电子智能设备的崛起以及新能源汽车的风靡，氢燃料 电池主要运营于三大领域：固定领域、运输领域、便携式领域 2012 年，全球燃料电池系统的出货量近 3 万台，同比增长约 34%相对于 2008 年增长超过 321%而在其中，固定式燃料电池的增长最为显著，从 2008 年的 2000 台迅速上升至 2.5 万台交通运输燃料电池发展相对平稳，在未来其发展的主要看 点集中在轻型燃料电池电动汽车数量的增加和物料搬运设备市场的大幅增长在三 个领域中，便携式领域的发展几乎处于停滞状态，即使目前已经有许多公司陆续推 出用氢燃料电池，但就整体而言，该类产品的商业化尚未得到实现，未来发展 还需要很长时间。