氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展研究報告
來源：汽車技術情報研究所 2020-05-12
燃料電池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(fā)電裝置。利用質子交換膜技術，使氫氣在覆蓋有催化劑的質子交換膜作用下，在陽極將氫氣催化分解成為質子，這些質子通過質子交換膜到達陰極，在氫氣的分解過程中釋放出電子，電子通過負載被引出到陰極，進而產生電能。伴隨著電池反應，電池向外輸出電能。只要保持氫氣和氧氣的供給，該燃料電池就會連續(xù)不斷地產生電能。
技術專題分布：
截至目前，在燃料電池領域已公開的專利中，發(fā)明專利有2551件，占比77.18%，實用新型專利有754件，占比22.82%。研究方向主要聚焦在燃料電池電極部件、燃料電池電動車輛的動力裝置、燃料電池無機化合物生產、燃料電池氫能源的分離和凈化、燃料電池電能存儲系統(tǒng)以及燃料電池分隔件等方面。
燃料電池專利申請人排名中，日本豐田以295項專利居首位。同時，中國、日本、美國、韓國也在積極布局，是燃料電池研發(fā)成果最多的國家。
產業(yè)趨勢：
從氫燃料電池汽車動力系統(tǒng)成本構成來看，占比最大的是燃料電池系統(tǒng)，其造價約占總成本的三分之二，還有氫氣儲存系統(tǒng)和其他配件。要降低燃料電池系統(tǒng)成本，首要問題就是降低燃料組電池成本。
主要降本措施：
降低質子交換膜成本：質子交換膜成本占整車成本15%；
降低鉑金催化劑使用量或尋求替代品：鉑金催化劑成本占整車成本6%；為了降低鉑的使用量，各大公司持續(xù)研究，膜電極上催化劑鉑的負載量從10mg/cm2降到0.02mg/cm2；美國能源部燃料電池技術辦公室FCTO用新的d-PtNi催化劑替代了NSTFPtCoMn催化劑，使得燃料電池系統(tǒng)的價格下降了1.85美元/kW；豐田公司力求通過改進鉑金材料的鍍層技術來降低鉑金催化劑的使用量；
表面改性的多涂層結構金屬雙極板將大幅優(yōu)化鍍層成本：金屬板強度高、加工性能好、導電導熱性強、成本低等優(yōu)點，開始在部分領域替代石墨。不過金屬板在高溫及酸性環(huán)境下易腐蝕，因此在金屬雙極板表面鍍上金屬防護層；
規(guī)模化生產也會使得燃料電池系統(tǒng)價格下降：根據FCTO的研究，當生產1000套質子交換膜燃料電池系統(tǒng)時，燃料電池堆的成本為154美元/kW，燃料電池系統(tǒng)的成本為216美元/kW；而生產10000套質子交換膜燃料電池時，燃料電池堆的成本大幅下降到61美元/kW，燃料電池系統(tǒng)大幅下降到103美元/kW
我國燃料電池汽車主要應用質子交換膜技術
目前國內市場上能提供質子交換膜燃料電池技術的公司主要有上海神力科技有限公司和新源動力股份有限公司。2013-2017年，中國質子交換膜燃料電池行業(yè)市場規(guī)模呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。其中，2013年市場規(guī)模為1.50億元，到2017年增長至2.46億元。
單以技術而言，我國質子交換膜燃料電池技術已接近國外先進水平，阻礙其大規(guī)模商業(yè)化應用的原因主要有兩點，一是價格過高，二是壽命問題。開發(fā)新材料是解決這兩大問題的必經之路，也是目前質子交換膜燃料電池研究的熱點。
預計未來幾年，伴隨著行業(yè)的進一步發(fā)展，我國質子交換膜燃料電池行業(yè)市場規(guī)模將呈現(xiàn)出逐年增長態(tài)勢，到2022年行業(yè)市場規(guī)模有望達到5億元。
來源： 中汽研，汽車技術情報研究所（劉倩）
