中國燃料電池產(chǎn)業(yè)開始加速發(fā)展，2018年預(yù)計(jì)突破3000-5000臺(tái)規(guī)模，電堆成為中國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。目前電堆國產(chǎn)化取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，關(guān)鍵零部件能實(shí)現(xiàn)不同程度的國產(chǎn)化，與國際先進(jìn)水平差距會(huì)迅速縮短。

 

國內(nèi)電堆企業(yè)可分為自主研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)兩大類,自主研發(fā)企業(yè)優(yōu)勢(shì)是技術(shù)和供應(yīng)鏈自主，但可靠性、規(guī)模生產(chǎn)和供應(yīng)鏈管理需要更大努力。技術(shù)引進(jìn)企業(yè)好處是研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)低、形成產(chǎn)能快，缺點(diǎn)是技術(shù)授權(quán)成本高。

 

投資方面，我們繼續(xù)看好燃料電池產(chǎn)業(yè)以及電堆這個(gè)產(chǎn)業(yè)的核心，企業(yè)方面，繼續(xù)推薦巴拉徳動(dòng)力(BLDP)、大洋電機(jī)(002249.sz)、富瑞特裝(300228.sz)、雄韜股份(002733.sz)、東岳集團(tuán)(0189.HK)。

 

 

 

正文

 

旭日始旦，燃料電池景氣高峰起點(diǎn)

 

1、2017產(chǎn)業(yè)元年，中國燃料電池汽產(chǎn)量達(dá)到千輛

 

2017年是中國燃料電池產(chǎn)業(yè)化的元年，部分地區(qū)開展小規(guī)模的燃料電池汽車運(yùn)營(yíng)，截止目前中國燃料電池汽車數(shù)量達(dá)到1000輛左右，佛山和北京已有燃料電池公交大巴運(yùn)行，京東、申通等物流公司開始試用燃料電池物流車。2018年國內(nèi)燃料電池汽車有望突破3000-5000臺(tái)規(guī)模，中國燃料電池開始令人振奮的高速發(fā)展階段。

 

 

 

2、路徑明確：商用車帶動(dòng)加氫站建設(shè)，降低氫氣與燃料電池成本

 

中國燃料電池汽車發(fā)展路徑明確：通過商用車發(fā)展，規(guī)?；档腿剂想姵睾蜌錃獬杀?，同時(shí)帶動(dòng)加氫站配套設(shè)施建設(shè)，后續(xù)拓展到私人用車領(lǐng)域。優(yōu)先發(fā)展商用車的原因在于：一方面公共交通的平均成本低，而且能夠起到良好的社會(huì)推廣效果，形成規(guī)模后帶動(dòng)燃料電池成本和氫氣成本下降;另一方面商用車行駛在固定的線路上且車輛集中，建設(shè)配套的加氫站比較容易。當(dāng)加氫站數(shù)量增加、氫氣和燃料電池成本降低時(shí)，又會(huì)支撐更多燃料電池汽車。

 

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專場(chǎng)論壇：燃料電池在物流車、商用車中的應(yīng)用

 

 

 

3、燃料電池多地開花，20省市推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

 

全國以富氫優(yōu)勢(shì)、棄電較多或者產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先為代表的地區(qū)重視燃料電池發(fā)展，多地市興建氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，氫能小鎮(zhèn)和產(chǎn)業(yè)集群等，推動(dòng)燃料電池公交、物流車示范運(yùn)營(yíng)，截至目前超過20省市明確推動(dòng)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前僅上海、鹽城、武漢、佛山和蘇州四城規(guī)劃顯示，到2020年燃料電池汽車數(shù)量近1萬輛。

 

 

 

電堆是最關(guān)鍵部件，性能滿足商業(yè)化需求

 

1、電堆是最關(guān)鍵部件

 

電堆由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成。將雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。

 

電堆是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)核心部分。電堆工作時(shí)，氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

 

 

 

在燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中，電堆是處于中游核心環(huán)節(jié)。催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層組成膜電極和雙極板構(gòu)成電堆的上游，電堆與空壓機(jī)、儲(chǔ)氫瓶系統(tǒng)、氫氣循環(huán)泵等其它組件構(gòu)成燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，下游應(yīng)用對(duì)應(yīng)交通領(lǐng)域和備用電源領(lǐng)域，主要是客車、轎車、叉車、固定式電源和便攜式電源等。

 

 

 

2、電堆性能達(dá)到商業(yè)化，鉑金不是瓶頸

 

目前燃料電池汽車在速度、加速時(shí)間和續(xù)航均滿足日常使用，商業(yè)化瓶頸主要是在耐久性、低溫啟動(dòng)和鉑金需求方面，目前電堆性能達(dá)到商業(yè)化需求。

 

在耐久性方面，豐田和新源動(dòng)力轎車用電堆壽命超5000h，Ballard FCvelocity-HD6燃料電池已經(jīng)達(dá)到超過25000小時(shí)時(shí)間的耐久性記錄，已經(jīng)滿足日常乘用車和商用車使用需求。轎車用電堆耐久性達(dá)到5000h，普通乘用車用戶日均行駛2h，轎車可使用7年;商用車電堆耐久性達(dá)到25000h，一輛商用車日均行駛8h，使用時(shí)間可達(dá)到8年。

 

低溫性能方面，目前電堆可以應(yīng)對(duì)全球絕大部分地區(qū)和氣候，豐田燃料電池汽車和本田燃料電池汽車分別實(shí)現(xiàn)了-37℃和-30℃啟動(dòng);即使在冬天，燃料電池汽車依然可以滿足日常使用。

 

鉑金需求方面，目前本田電堆鉑金載量已經(jīng)低至0.12g/kg，鉑載量還處于持續(xù)下降過程中，鉑金不會(huì)成為燃料電池發(fā)展瓶頸。以本田Clarity為例，單輛燃料電池車催化劑耗鉑已經(jīng)降至10g左右，而單輛柴油車需要5g做鉑金作為尾氣凈化催化劑，目前燃料電池催化劑鉑金用量已經(jīng)降至產(chǎn)業(yè)化水平，而且處于持續(xù)下降中，不會(huì)引起鉑金需求短缺。假設(shè)到2025年單車鉑載量5g計(jì)算，燃料電池汽車100萬輛計(jì)算，鉑金需求量5噸，相對(duì)2017年鉑金用量244噸，邊際增量只有2%;考慮燃料電池鉑載量持續(xù)下降和非貴金屬催化劑的發(fā)展，燃料電池汽車規(guī)?；馁Y源瓶頸并不存在。

 

 

 

國內(nèi)電堆實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成本下行通道

 

1、我國掌握燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆的關(guān)鍵技術(shù)

 

經(jīng)過863計(jì)劃，我國初步掌握了燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆的關(guān)鍵技術(shù)，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車用燃料電池技術(shù)平臺(tái)，燃料電池在國內(nèi)外開展了多次示范運(yùn)行。2015年，我國燃料電池電堆性能達(dá)到：-20℃啟動(dòng)及-40℃存儲(chǔ);壽命3000h;功率密度2kW/L、比功率1.5kW/kg;能量效率55%。

 

2016年11月，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)“燃料電池基礎(chǔ)材料與過程機(jī)理研究”項(xiàng)目在大連啟動(dòng)。項(xiàng)目由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所牽頭，21家單位共同參與，在催化劑、質(zhì)子交換膜、金屬雙極板、膜電極等方面開展基礎(chǔ)性研究，同時(shí)對(duì)燃料電池低溫環(huán)境適應(yīng)性、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、水管理過程等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，掌握批量制備燃料電池所需電化學(xué)材料關(guān)鍵技術(shù)，項(xiàng)目指標(biāo)達(dá)到DOE2020年目標(biāo)。

 

 

 

2、國內(nèi)電堆實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)：自主研發(fā)和引進(jìn)技術(shù)路線并舉

 

目前國內(nèi)燃料電池電堆正在逐漸起步，電堆及產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)數(shù)量逐漸增長(zhǎng)，產(chǎn)能量級(jí)提升，到2018年國內(nèi)電堆產(chǎn)能超過40萬kW。目前國內(nèi)電堆廠商主要有兩類：(1)自主研發(fā)，以新源動(dòng)力和神力科技為代表;(2)引進(jìn)國外成熟電堆技術(shù)，以廣東國鴻為代表，其余企業(yè)有南通百應(yīng)、嘉興愛德曼等。

 

 

 

新源動(dòng)力長(zhǎng)期致力于燃料電池研發(fā)生產(chǎn)，公司現(xiàn)有產(chǎn)能1.5萬kW/年。其開發(fā)的HYMOD® -300型車用燃料電池電堆模塊，采用高穩(wěn)定性、高性能的“膜基催化層膜電極設(shè)計(jì)”和高可靠性的“復(fù)合雙極板結(jié)構(gòu)”，達(dá)到車用燃料電池5000小時(shí)的耐久性，實(shí)現(xiàn)電堆-10℃低溫啟動(dòng)，-40℃儲(chǔ)存。

 

 

 

廣東國鴻于2016年5月引進(jìn)加拿大巴拉德簽署引進(jìn)9SSL電堆生產(chǎn)線技術(shù)，并在國內(nèi)建設(shè)年生產(chǎn)2萬臺(tái)電堆(30萬kW)和5000套系統(tǒng)的生產(chǎn)線，生產(chǎn)線于2017年7月1日正式投產(chǎn)。 9SSL系列燃料電池電堆是為交通領(lǐng)域設(shè)計(jì)的液冷式電堆產(chǎn)品，能夠滿足車用車載動(dòng)態(tài)特性要求。它具有良好的單電池均一性，工作壽命超過2萬h，最長(zhǎng)壽命超過2.5萬h。巴拉德9ssl電堆的9SSL系列電堆產(chǎn)品自2009年生產(chǎn)至今已累計(jì)生產(chǎn)電堆超過10,000臺(tái)，部署量達(dá)到320MW，產(chǎn)品的成熟性已經(jīng)過充分的市場(chǎng)驗(yàn)證。

 

 

 

3、電堆成本進(jìn)入下行通道

 

電堆成本在燃料電池汽車中占比最高。目前燃料電池電堆實(shí)現(xiàn)小規(guī)模放量和初步國產(chǎn)化，電堆成本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)有力下降。隨著規(guī)模放大以及電堆產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化，電堆成本預(yù)計(jì)可降60%。

 

具體到各個(gè)環(huán)節(jié)來看，氣體擴(kuò)散層降本主要由規(guī)?；?yīng)驅(qū)動(dòng);而質(zhì)子交換膜、催化劑和雙極板降本則需國內(nèi)工藝進(jìn)步和規(guī)?；右酝七M(jìn)。

 

 

 

電堆產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化進(jìn)行時(shí)

 

1、國內(nèi)電堆產(chǎn)業(yè)鏈雛形初具

 

國內(nèi)燃料電池電堆產(chǎn)業(yè)鏈初成雛形，上游廠商齊全，膜電極、質(zhì)子交換膜和雙極板具備國產(chǎn)化能力，氣體擴(kuò)散層有小批量供應(yīng)，催化劑具備研發(fā)能力。

 

 

 

2、國內(nèi)膜電極具備產(chǎn)業(yè)化能力，有序化膜電極是工藝發(fā)展趨勢(shì)

 

膜電極(membrane electrode assembly，MEA)是質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，是傳遞電子和質(zhì)子的介質(zhì)，為反應(yīng)氣體、尾氣和液態(tài)水的進(jìn)出提供通道，膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的心臟。膜電極通常由5部分組成，即中間的質(zhì)子交換膜、兩側(cè)的陽極催化層和陰極催化層，最外側(cè)的陽極氣體擴(kuò)散層和陰極氣體擴(kuò)散層。

 

 

 

當(dāng)前膜電極在性能和產(chǎn)能方面可以初步滿足商業(yè)化需求。現(xiàn)階段性能初步滿足產(chǎn)業(yè)使用，2015年MEA，在工況條件下壽命達(dá)到2500小時(shí)，性能方面也達(dá)到810mW/cm2。膜電極廠商具備萬平米級(jí)產(chǎn)能，目前做膜電極的廠商分為兩類，一種是具備膜電極產(chǎn)業(yè)化能力，能夠自給自足的燃料電池廠商，以豐田和Ballard為代表。另外一種是專業(yè)的膜電極供應(yīng)商，包括Gore、JM、3M、Toray(Greenerity)和國內(nèi)的武漢理工新能源等，都已經(jīng)具備了不同程度的自動(dòng)化生產(chǎn)線，年產(chǎn)能在數(shù)千平米到萬平米級(jí)。

 

 

 

國內(nèi)武漢理工新能源生產(chǎn)的是燃料電池的核心零部件膜電極，年產(chǎn)量達(dá)到12萬片，建成自動(dòng)生產(chǎn)線產(chǎn)能5000平米/年。武漢理工新能源膜電極產(chǎn)品功率密度，最高可達(dá)1W/cm²;Pt用量低至0.3mg Pt/ cm²。

 

 

 

MEA生產(chǎn)工藝瞄準(zhǔn)低鉑和高功率密度，有序化膜電極工藝是未來發(fā)展趨勢(shì)。膜電極技術(shù)經(jīng)歷了三代發(fā)展，大體上可以分為熱壓法、CCM(catalyst coating membrane)法和有序化膜電極三種類型。目前大部分廠商選擇第二代CCM三合一膜電極技術(shù)，有序化膜電極是當(dāng)下工藝發(fā)展趨勢(shì)。有序化膜電極能兼顧超薄電極和結(jié)構(gòu)控制，擁有巨大的單位體積的反應(yīng)活性面積及孔隙結(jié)構(gòu)相互貫通的新奇特性，可以達(dá)到高效三相傳輸、高Pt利用率、高耐久性，使其成為了PEMFC領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是下一代膜電極制備技術(shù)的主攻方向。

 

 

 

3、質(zhì)子交換膜：全氟磺酸膜是主流，國內(nèi)具備量產(chǎn)能力

 

質(zhì)子交換膜是作為PEM燃料電池的核心組件，主要功能是充當(dāng)質(zhì)子通道實(shí)現(xiàn)質(zhì)子快速傳導(dǎo)，同時(shí)還起阻隔陽極燃料和陰極氧化物的作用，防止燃料(氫氣、甲醇等)和氧化物(氧氣)在兩個(gè)電極見發(fā)生互串，此外還需要對(duì)催化劑層起到支撐作用。質(zhì)子交換膜性能好壞直接決定著PEM燃料電池的性能和使用壽命，作為PEM材料，應(yīng)具有以下性質(zhì)：