氢燃料电池汽车产业发展研究报告

发表于：2020-05-12 来源：汽车技术情报研究所

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。利用质子交换膜技术，使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下，在阳极将氢气催化分解成为质子，这些质子通过质子交换膜到达阴极，在氢气的分解过程中释放出电子，电子通过负载被引出到阴极，进而产生电能。伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。

技术专题分布：

截至目前，在燃料电池领域已公开的专利中，发明专利有2551件，占比77.18%，实用新型专利有754件，占比22.82%。研究方向主要聚焦在燃料电池电极部件、燃料电池电动车辆的动力装置、燃料电池无机化合物生产、燃料电池氢能源的分离和净化、燃料电池电能存储系统以及燃料电池分隔件等方面。

燃料电池专利申请人排名中，日本丰田以295项专利居首位。同时，中国、日本、美国、韩国也在积极布局，是燃料电池研发成果最多的国家。

产业趋势：

从氢燃料电池汽车动力系统成本构成来看，占比最大的是燃料电池系统，其造价约占总成本的三分之二，还有氢气储存系统和其他配件。要降低燃料电池系统成本，首要问题就是降低燃料组电池成本。

主要降本措施：

降低质子交换膜成本：质子交换膜成本占整车成本15%；

降低铂金催化剂使用量或寻求替代品：铂金催化剂成本占整车成本6%；为了降低铂的使用量，各大公司持续研究，膜电极上催化剂铂的负载量从10mg/cm2降到0.02mg/cm2；美国能源部燃料电池技术办公室FCTO用新的d-PtNi催化剂替代了NSTFPtCoMn催化剂，使得燃料电池系统的价格下降了1.85美元/kW；丰田公司力求通过改进铂金材料的镀层技术来降低铂金催化剂的使用量；

表面改性的多涂层结构金属双极板将大幅优化镀层成本：金属板强度高、加工性能好、导电导热性强、成本低等优点，开始在部分领域替代石墨。不过金属板在高温及酸性环境下易腐蚀，因此在金属双极板表面镀上金属防护层；

规模化生产也会使得燃料电池系统价格下降：根据FCTO的研究，当生产1000套质子交换膜燃料电池系统时，燃料电池堆的成本为154美元/kW，燃料电池系统的成本为216美元/kW；而生产10000套质子交换膜燃料电池时，燃料电池堆的成本大幅下降到61美元/kW，燃料电池系统大幅下降到103美元/kW

我国燃料电池汽车主要应用质子交换膜技术

目前国内市场上能提供质子交换膜燃料电池技术的公司主要有上海神力科技有限公司和新源动力股份有限公司。2013-2017年，中国质子交换膜燃料电池行业市场规模呈现不断增长的趋势。其中，2013年市场规模为1.50亿元，到2017年增长至2.46亿元。

单以技术而言，我国质子交换膜燃料电池技术已接近国外先进水平，阻碍其大规模商业化应用的原因主要有两点，一是价格过高，二是寿命问题。开发新材料是解决这两大问题的必经之路，也是目前质子交换膜燃料电池研究的热点。

预计未来几年，伴随着行业的进一步发展，我国质子交换膜燃料电池行业市场规模将呈现出逐年增长态势，到2022年行业市场规模有望达到5亿元。