燃料電池將引領(lǐng)新能源汽車行業(yè)

1839年英國的Grove發(fā)明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。燃料電池發(fā)展已有近200年，在90年代之后開始迅猛發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，燃料電池陸續(xù)在發(fā)電及供熱站、便攜式電源和交通運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域得到應(yīng)用。

燃料電池將引領(lǐng)新能源汽車行業(yè)

燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。但是，它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。目前最常用的燃料為氫氣和天然氣等碳?xì)浠衔?，但由于碳?xì)浠衔镌谑褂眠^程中會產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，因此氫氣成為燃料電池的最理想能源。

追根溯源，看燃料電池發(fā)展200年

1839年英國的Grove發(fā)明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。燃料電池發(fā)展已有近200年，在90年代之后開始迅猛發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，燃料電池陸續(xù)在發(fā)電及供熱站、便攜式電源和交通運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域得到應(yīng)用。從1958年第一個質(zhì)子交換膜電池誕生以來，通用、戴姆勒、豐田等多家車企都相繼推出多款燃料電池汽車，2014-2015年豐田Mirai和本田Clarity的推出標(biāo)志著燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展的開始。

燃料電池優(yōu)勢明顯

燃料電池真正實現(xiàn)高效率和零排放。與傳統(tǒng)的石化燃料相比，燃料電池具有零排放、無振動噪聲等優(yōu)點。

燃料電池轉(zhuǎn)換效率高應(yīng)用廣泛。燃料電池由于其電能轉(zhuǎn)換不經(jīng)過燃燒這一過程，理想化轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到83%左右，目前實際的轉(zhuǎn)換效率大概在45%-60%之間，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換效率大概在30%-40%之間。同時燃料電池的功率范圍為1W～100MW，可以廣泛應(yīng)用于交通運輸、便攜式設(shè)備、發(fā)電站和航空航天等領(lǐng)域。

與鋰電池比，燃料電池能量密度更高，且充氫比充電時間更短。三元動力鋰電池2020年的容量有望達(dá)到150Wh/Kg、200Wh/Kg，但后期容量提升空間有限，燃料電池憑借開放式系統(tǒng)，能量密度主要取決于儲氫量，其能量密度提升的空間更大。豐田Mirai的PEMFC系統(tǒng)的能量密度超過350Wh/Kg，而功率密度已經(jīng)達(dá)到了2KW/Kg。動力鋰電池雖然能承受一定程度的高倍率快速充電，但對電池的循環(huán)壽命形成永久傷害，且充電時長在30分鐘以上，相比之下燃料電池車只需要3～5分鐘即可完成加氫。

質(zhì)子交換膜是車用燃料電池主流技術(shù)

按照電解質(zhì)不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等，目前應(yīng)用最廣泛的燃料電池主要是MCFC、SOFC及PEMFC。

圖1 燃料電池工作原理圖

15年各類燃料電池系統(tǒng)出貨容量占比

10-15年燃料電池系統(tǒng)出貨量

PEMFC以其功率密度大、體積小、質(zhì)量輕、室溫下即可工作、起動迅速等優(yōu)點，因此質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）更適于應(yīng)用在燃料電池汽車領(lǐng)域，被公認(rèn)為電動汽車、固定發(fā)電站等的首選能源，因而現(xiàn)在是研究的熱點。

質(zhì)子交換膜（PEMFC）是當(dāng)今發(fā)展的熱點

2015年全球燃料電池出貨量超過342.6MW，比2014年增長了84.8%。

受益交通應(yīng)用拉動，PEMFC出現(xiàn)跨越式發(fā)展，并成為當(dāng)今國際上燃料電池發(fā)展的熱點。2010-2015年，PEMFC、SOFC、MCFC三種類型電池占據(jù)了歷年總出貨量的90%以上，其中受交通運輸領(lǐng)域需求拉動，P E M F C在2 0 1 5年出貨量出現(xiàn)了跨越式增長，同比增長高達(dá)147.04%。

日美引領(lǐng)燃料電池發(fā)展

日韓在燃料電池車領(lǐng)域的產(chǎn)研推進(jìn)領(lǐng)先于其它國家，日本的新能源戰(zhàn)略以燃料電池車為主，）根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布計劃，日本將力爭在2025年累計售出燃料電池車20萬輛，并在2030年達(dá)80萬輛。與此同時，日本還計劃到2020年將為燃料電池車提供燃料的加氫站數(shù)量增加至目前的2倍，共達(dá)到160處，并在2025年實現(xiàn)數(shù)量上的再次翻番。屆時，日本全國范圍內(nèi)的加氫站總數(shù)將達(dá)320處。

號稱世界第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池車-現(xiàn)代ix35FCV。2013年2月26日，世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池車ix35問世，現(xiàn)代成為全球首家量產(chǎn)氫燃料電池汽車的制造商，比大眾、豐田等至少提前了2年。

美國政府對燃料電池汽車支持在布什任職期間達(dá)到頂峰；在奧巴馬政府期間，美國能源部宣布從美國振興計劃（AmericanRecoverya ndReinvestmentActFunding）中撥款4190萬美元支持燃料電池特種車的研發(fā)和示范，另在2011年美國財政預(yù)算中安排5000萬美元用于燃料電池和氫能技術(shù)研發(fā)。

在美國能源部（DOE）、交通部（DOT）和環(huán)保局（EPA）等部門的支持下，燃料電池技術(shù)近年來取得了很大的進(jìn)步，通用、福特、豐田、戴姆勒奔馳、日產(chǎn)、現(xiàn)代等整車企業(yè)都在美國加州參加了燃料電池電動汽車的技術(shù)示范運行，并培育了一系列國際知名的燃料電池研發(fā)和制造企業(yè)。比如普拉格能源公司（PlugPower）：全球燃料電池叉車領(lǐng)導(dǎo)者；巴拉德動力系統(tǒng)公司（BallardPowerSystems）：燃料電池的翹楚；Hydrogenics公司：電解水制氫和大型燃料電池領(lǐng)域佼佼者。

各廠商即將量產(chǎn)燃料電池汽車

舉世矚目的Mirai推出將引爆行業(yè)發(fā)展

2014年12月，豐田發(fā)布了當(dāng)今舉世矚目的最具成本優(yōu)勢、性能最先進(jìn)的Mirai燃料電池電動汽車。售價僅為723.6萬日元(折合人民幣約37.8萬元，相比于10年前100萬美元的成本，成本下降了90%以上）。經(jīng)過日本政府補(bǔ)貼后，實際價格520萬日元(折合人民幣約27萬元)，相當(dāng)于一臺豐田皇冠汽車的價格。

在MiraiFCV上市的第一個月內(nèi)，豐田就已收到約1500輛的采購訂單，遠(yuǎn)超預(yù)期目標(biāo)400輛，2016年銷量輛2039輛。預(yù)計2017年銷售10000輛，并規(guī)劃在2020年將銷量提升到3萬輛，這不僅代表著燃料電池車商業(yè)化的開端，也讓大眾看到燃料電池在汽車市場的商業(yè)化應(yīng)用潛力，增加了整車廠商對燃料電池車的信心。

整車企業(yè)燃料電池車已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化

20世紀(jì)通用開始研發(fā)氫燃料電池以來，本田、豐田、現(xiàn)代、戴姆勒等整車廠相繼開展對氫燃料電池動力系統(tǒng)的研發(fā)。由于燃料電池的技術(shù)門檻非常高，國際上形成了三大聯(lián)盟：豐田與寶馬、日產(chǎn)與戴姆勒及福特、本田和通用，幾大公司均有相應(yīng)車型面世。

現(xiàn)代于2013年率先量產(chǎn)氫燃料電池車現(xiàn)代ix35，并于2014年在韓國上市，ix35在韓國市場的售價高達(dá)1.5億韓元（約人民幣85.5萬元），加上韓國加氫站配套設(shè)施的缺乏，導(dǎo)致ix35銷量始終不盡如人意。截至2015年初，ix35僅銷售了200多輛，最終不得不降價43%以搶奪市場份額。

在M i r a i發(fā)布一年多后，2016年10月，7本田燃料電池汽車Clarity也開始租售，在日本的售價為766萬日元（約人民幣44萬元）。

各大廠商加快燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度，將于未來5年內(nèi)集中發(fā)布。通用、奔馳、寶馬、奧迪等廠家也都在燃料電池汽車領(lǐng)域有所研究，將于未來幾年陸續(xù)推出燃料電池車。據(jù)美國媒體TheDetroitBureau報道，預(yù)計到2027年，市場中將至少新增17款燃料電池車。

燃料電池車市場將達(dá)到456億

NavigantResearch預(yù)測到2021年，全球燃料電池汽車（包括巴士）銷量將超過5萬輛，到2024年全球燃料電池車大規(guī)模量產(chǎn)時，年銷量將達(dá)到22.8萬輛。預(yù)計總市場規(guī)模將達(dá)到456億元。（文章來源：華領(lǐng)觀察）