一、燃料电池概述

1.1 燃料电池的定义

燃料电池的定义及工作原理

燃料电池是一种以电化学反应方式将氢气与空气（氧气）的化学能转变为电能的能量转换装置。由于不经过高温燃烧过程，唯一的排放产物是水，没有污染物排放；同时只要能保障氢气的供给，燃料电池将会持续输出电能。

其工作原理是H2在阳极催化剂作用下被氧化成H+和e-，H+通过质子交换膜达到政正极，与O2在阴极反应生成水，e-通过外电路达到阴极，连续不断的反应就产生了电流。燃料电池虽带有“电池”二字，却不是传统意义上的储能设备，而是一种发电设备，这是燃料电池与传统电池最大的区别。

 燃料电池原理示意图

燃料电池是理想的“内燃机替代者”。氢气是燃料电池主要燃料，从燃料安全性上看，氢气无毒无害，反应物为水，无毒无害，绿色清洁。氢气密度小，高压氢气泄漏燃烧时形成向上火炬，不向周围扩散。因此氢气安全性是高于天然气和石油等化石燃料。从性能上看，燃料电池能量转化效率为50-70%，功率密度约3kW/L，柴油机功率密度约1.3 kW/L，是理想的“内燃机替代者”。燃料电池的能量密度可达500 Wh/kg，循环寿命4000次以上，性能优于锂电池。

1.2燃料电池的分类

燃料电池根据运行机理不同可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。具体来说，根据电解质的不同分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池等五大类。

其中碱性燃料电池最早成功开发，稳定应用于航天领域；磷酸燃料电池属于第一代燃料电池，其技术最成熟、商业化程度最高，在美日广泛应用于大型电站；熔融盐和固体氧化物燃料电池分别是第二、三代技术，多用于发电厂；质子交换膜燃料电池应用前景最广阔，未来预计将成为汽车领域主流燃料电池技术。

各类燃料电池性能对比

质子交换膜燃料电池得益于工作温度低，并且体积小、发电单元模块化，可靠性高，因此组装和维修都很方便，目前研究和应用最为广泛。根据TheFuel Cell Industry Review的统计，2014-2017年质子交换膜电池出货量一直远超其他类型的燃料电池， 2018年出货量占比约57%。目前车用燃料电池也基本走质子交换膜路线，因此本文针对燃料电池产业链的讨论也围绕燃料电池车及质子交换膜电池展开。

2014-2018年按种类全球燃料电池出货量（千组）

1.3 燃料电池的应用领域

碱性燃料电池(AFC)是最早开发的燃料电池技术，在20世纪60年代就成功的应用于航天飞行领域。磷酸型燃料电池(PAFC)也是第一代燃料电池技术，是目前最为成熟的应用技术，已经进入了商业化应用和批量生产。由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。熔融碳酸型燃料电池(MCFC)是第二代燃料电池技术，主要应用于设备发电。固体氧化物燃料电池(SOFC)以其全固态结构、更高的能量效率和对煤气、天然气、混合气体等多种燃料气体广泛适应性等突出特点，发展最快，应用广泛，成为第三代燃料电池。

目前正在开发的商用燃料电池还有质子交换膜燃料电池(PEMFC)。它具有较高的能量效率和能量密度，体积重量小，冷启动时间短，运行安全可靠。另外，由于使用的电解质膜为固态，可避免电解质腐蚀。燃料电池技术的研究与开发已取得了重大进展,技术逐渐成熟,并在一定程度上实现了商业化。作为21世纪的高科技产品，燃料电池已应用于汽车工业、能源发电、船舶工业、航空航天、家用电源等行业,受到各国政府的重视。

2.燃料电池的相关政策及标准

2.1  国家政策

我国对燃料电池发展政策方面的支持由来已久。2015年5月国务院发布的《中国制造2025》，强调了要大力推动重点领域突破发展，燃料电池汽车属于七大领域之一，继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展，并明确要求到2020年要生产1000辆左右的燃料电池汽车，并进行示范运行。在国内多项政策扶持下，各研发机构和企业积极加大对燃料电池的研发。

日期	政策	政策内容
2009年3月	《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》	中央财政对试点城市购置混合动力汽车、纯电池动车和燃料电池汽车给予一次性定额补助。其中低排放、低能耗混合电动车：0.4万元-42万元不等的成本差价财政补贴；零排放纯电动和燃料电池汽车：6万元-60万元不等的成本差价财政补贴。
2011年2月	《中华人民共和国船税法》	纯电池动车、燃料电池汽车和插电式混合动力汽车免征车船税，其它混合动力汽车按照同类车辆使用税额减半征税。
2014年8月	《关于免征新能源汽车车辆购置税的公告》	从2014年9月1日到2017年12月31日，对购置的新能源汽车免征车辆购置税。对免征的车辆购置的新能源汽车，由工信部、国家税务总局通过发布《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》实施管理。
2014年11月	《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》	对符合国家技术要求标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元
2015年5月	《中国制造2025》	明确提出将新能源汽车作为重点发展领域，未来国家将继续支持电动汽车、燃料电池汽车的发展。对燃料电池汽车的发展战略，提出三个发展阶段：第一是在关键材料零部件方面逐步实现国产化；第二是燃料电池和电堆整车性能逐步提升；第三方面是要实现燃料电池汽车运行规模进一步扩大，达到1000辆的运行规模，到2025年，制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池汽车实现区域小规模运行。
2016年6月	国家发改委和国家能源局在系统内部发文	提出15项重点创新任务，其中包括氢能与燃料电池技术创新。
2016年10月	《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》	首次提出了我国氢能产业的发展路线图：到2020年，加氢站数量达到100座；燃料电池车辆达到10000辆；氢能轨道交通车辆达到50列；到2030年，加氢站数量达到1000座；燃料电池车辆保有量达到200万辆；到2050年，加氢站网络构建完成，燃料电池车辆保有量达到1000万辆。
2018年2月	《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》	四部委联合发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，燃料电池补贴政策基本不变，力度不减。
2018年4月	《汽车动力蓄电池和氢燃料电池行业白名单暂行管理办法》	在企业、生产条件、技术能力、产品、质量保证能力等方面做出了明确的要求。中国汽车动力电池产业创新联盟将对企业爱名单实施动态管理，每3年对白名单内企业进行复评，白名单企业如有违规将被撤销其白名单资格。
2019年1月	十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程	氢燃料电池汽车有望在2019年正式实施时“十城千辆”推广计划。

2.2. 地方政策

近年来，宁夏提出大力推进节能减排，积极倡导清洁消费，促进能源传统消费方式向现代消费方式转变，强化工业、交通、建筑节能和需求侧管理，打造能源利用新模式，推动能源消费革命。其中，《宁夏回族自治区能源发展“十三五”规划（修订本）》明确提出，推进分布式能源应用。推广新一代光伏、大功率高效风电、生物质能、氢能与燃料电池、智能电网、新型储能装置等技术，发展分布式新能源技术综合应用体，扩大新能源利用范围，提高新能源在能源消费中的比重。

2.3 相关标准

燃料电池涉及的产业链比较长，相关的标准化技术委员会也比较多，但是鉴于燃料电池此前一直处于实验室阶段，真正制定燃料电池相关标准的技术委员会并不多，主要是几个与燃料电池直接相关的标准化技术委员会，包括：全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会（SAC/TC 342）、全国氢能标准化技术委员会（SAC/TC 309）、全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会（SAC/TC 114/SC 27）、全国气瓶标准化技术委员会车用高压燃料气瓶分技术委员会（SAC/TC 31/SC 8）。

全国燃料电池及液流电池标准化技术委员

全国燃料电池及液流电池标准化技术委员（以下简称“燃料电池标委会”）会于2008年经国家标准化管理委员会批复正式成立，编号为：SAC/TC 342，负责燃料电池和液流电池技术领域的标准化工作，对口国际电工委员会燃料电池标准化技术委员会（IEC/TC 105），秘书处挂靠在机械工业北京电工技术经济研究所，由中国科学院大连化学物理研究所衣宝廉院士任主任委员。目前为第二届，共有委员56人。

现有燃料电池领域国家标准36项，国家标准指导性技术文件3项，团体标准2项，详见下表。

全国氢能标准化技术委员会

电动车辆分委会

全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会（以下简称“电动车辆分委会”）于1998年经国家标准化管理委员会批复正式成立，编号为：SAC/TC 114/SC 27，负责电动车辆等专业领域标准化工作，对口国际标准化组织汽车技术委员会电动汽车分技术委员会（ISO/TC 22/SC 37），秘书处挂靠在中国汽车技术研究中心，由天津清源电动车辆有限责任公司吴志新总经理任主任委员。目前为第四届，共有委员51人。

截止到2017年12月31日，已发布燃料电池汽车方面的标准共计14项，具体为：

三、 国外燃料电池商业化进程

燃料电池的发展进程中，欧美日燃料电池商业化走在前列。无论是政策支持还是技术实力，都要优于我国。

3.1 国际市场概况

燃料电池国际市场情况

按照出货规模统计，2017年全球燃料电池出货7.3万套（+12%），共670MW（+40%），功率增速比系统数量增速高，说明单体容量提升；2012-2017年累计出货量约37.3万套，累计规模2511MW，CAGR为32%。从地区分布来看，2016年亚洲、北美的燃料电池出货量分别占世界的83%、11%，相较2011年的燃料电池出货量分别增长了217%、121%，其增长势头迅猛。目前全球燃料电池主要集中在亚洲、北美和欧洲。2016年，亚洲、北美、欧洲及其他地区燃料电池系统出货量分别为53.9、7.3、3.5和0.5千件，装机规模分别为245.9、209.1、22.0和1.6MW，可以看出亚洲与北美是燃料电池市场的绝对主力。其中由于应用领域的差异，亚洲地区在出货量上遥遥领先，而出货规模与北美地区相差不大。

日韩三款燃料电池车型已投入市场量产，丰田Mirai、本田Clarity销量向好。现已投入市场量产的燃料电池车有丰田Mirai、本田Clarity、现代ix35FCV，截至2018年其销量分别为7518、1277、255台，占比83%、14%、3%。其中2018年销量分别为2300、1277、225台。其中：

（1）丰田于2014年末推出Mirai，其最大输出功率为114千瓦，可在9.6秒内从静止状态加速至100公里/小时，单次充氢后新车续航里程可达到483公里，凭借优异的性能Mirai在推出首年的销量就达到了496台，作为率先入局的行业巨头，丰田抢先布局并于2018年占据了燃料电池车超过80%的市场。

（2）本田燃料电池车旗舰Clarity于2016年3月在日本正式上市销售，售价约合人民币43.8万元，最大续航里程700km，约3到5分钟即可充满，其全球销量从2016年的113辆持续增长到2018年的624辆，同比增长20%。

（3）现代ix35FCV于2013年2月开始量产，但由于价格居高不下（发行日售价14.4万美元，约合当时人民币85.5万元），销量持续低迷。

欧洲/美国车企采取与日本合作，三大联盟渐形成。虽然在燃料电池核心技术研发进展上与日本齐头并进，但在规模化量产的决策上，欧美的确落后了一步。但由于拥有庞大的潜在市场，丰田的Mirai燃料电池车、现代途胜的燃料电池车，以及本田的Clarity燃料电池车都不约而同将美国尤其是加州作为车型推广的前沿阵地。欧美各大汽车厂商也不甘落后，纷纷采取和日车厂合作的模式，盼后来居上。在燃料电池汽车的研发推广过程中，市场上逐渐形成三大汽车集团联盟：戴姆勒/福特/雷诺-日产联盟、宝马/丰田联盟、通用/本田联盟。

3.2 日本分布式发电和汽车领域应用同步发展

日本燃料电池出货量和装机规模占全球60%以上。从2009年开始，日本政府便通过购置补贴、免费加氢、放宽行业标准、制定长期规划等手段，鼓励燃料电池产业的发展。根据日本2014年公布的《氢燃料电池战略发展路线图》，在2025年前的第一阶段，将快速扩大氢能的使用范围，以促进燃料电池的装置数量在2020年和2030年分别达到140万台和530万台；在2020-2030年的第二阶段，日本将全面引入氢发电和建立大规模氢能供应系统，将购氢价格降至30日元/m3；在2040年的第三阶段，将通过收集和储存二氧化碳，全面实现零排放的制氢、运氢、储氢。

 日本燃料电池支持政策

时间	支持政策
2009	发布15万亿日元经济刺激方案，为包括燃料电池在内的可再生能源发电项目提供资金。同时为购买包括混合动力车在内的环保汽车的业主提供10-25万日元的补贴，为购买Ene-Farm CHP的企业或个人提供约50%费用减免
2009	隶属于经产省的燃料电池商业化组织发布《燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图》，明确指出2011-2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范，随后进入商业化示范推广前期。
2011	计划在5年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技。
2012	经济产业省向议会递交一项300亿日元的提案，其中部分用于开发高效的氢气储存系统，发展日本燃料电池电动汽车，旨在通过该方案减少日本对进口石油的依赖。
2013	METI启动了对商业化加氢站的补贴计划，每个加氢站可以获得最高相当于投资成本50%的政府资金补贴，仅当年就有5个公司的19个新建加氢站计划申请获得了补贴
2013	通过NEDO和METI对氢和燃料电池的投入359.6亿日元；在燃料电池固定式应用方面，METI通过ENE-FARM计划推动燃料电池家用热电联供系统在日本的商业化应用。日本计划于2014年将ENE-FARM计划推进至德国。
2014	发布《氢燃料电池车普及促进策略》，引入氢燃料电池车国际技术标准作为国内行业标准。修改《高压气体保安法》，将每次补给的氢燃料压力上限由大约700个大气压提升至875个大气压，扩大氢气罐容量，将续驶里程提升20%。
2014	日本自民党提交议案《实现氢社会政策建言》，提出具体的氢燃料电池车普及目标和政策支持措施。如每座加氢站最高补贴2亿日元；2017年前免费供应氢燃料；2017 年前氢燃料电池车免费在高速公路上行驶；2020年使氢燃料电池车年销量达到4万辆；2030 年使氢燃料电池车年销量达到40万辆，累计销售200万辆；2025年使氢燃料电池车售价与目前的混合动力车持平（即200万日元）；2025年前，购买一辆氢燃料电池车补贴200万日元等。
2014	为了在日本本土市场大力推广燃料电池车，日本政府将为每辆燃料电池车提供至少200万日元的补贴
2014	日本氢能/燃料电池战略协会对外公布日本《氢能/燃料电池战略发展路线图》，第一阶段从当前到2025年，快速扩大氢能的使用范围，旨在将日本户用燃料电池装置的数量分别在2020年和2030年提高到140万台和530万台，2015年燃料电池车加氢站增加到100座。第二阶段2020年中—2030年底，全面引入氢发电和建立大规模氢能供应系统，旨在从海外购氢的价格降到30日元/立方米，扩大日本商业用氢的流通网络。第三阶段从2040年开始，旨在通过收集和储存二氧化碳，全面实现零排放的制氢、运氢、储氢。
2016	日本经济产业省于2014年6月制定，并于2016年3月修订的《氢与燃料电池战略路线图》也提出，要全面加速氢燃料的使用。为此，日本经济产业省修订了各种技术标准。日本经济产业省还修改了一些细则规定，使日本标准与国际标准在细节上接轨，这样一来，日本车企制造的燃料电池车更易于出口到海外。
2017	日本政府发布了《氢能源基本战略》，将氢能源视为保障能源安全与应对气候变化的“杀手锏”，提出：到2030年实现氢燃料发电商用化发电容量达到1GW，发电成本控制在17日元/千瓦以内；到2050年，燃料电池汽车全面普及、燃料汽车全面停售，发点容量增至15-30GW，成本进一步降低至12日元/千瓦时。

目前日本的燃料电池主要应用于家用热电联供和汽车两大领域。

日本通过家用燃料电池热电联供（ENE-FARM）计划，在2005-2009年建设家用燃料电池示范项目3300台套，并在2009年进行大规模商业化推广。2009年后，在日本政府补贴政策和松下、东芝等厂商大力推广下，家用燃料电池系统顺利开启商业化应用阶段；截至2017年，日本共安装使用家用燃料电池系统约25万套，规模效应明显，成本迅速降至120万-150万日元/套（约8万元/套），12年成本下降80%以上，逐步减少补贴依赖。ENE-FARM计划2020年、2030年分别实现家用燃料电池累计装机量达140万套和530万套，对应成本有望进一步下降到50万日元/套（约3万元/台套）左右。

日本丰田在2015年率先推出Mirai燃料电池汽车，其能量密度达350Wh/kg，功率密度达3.1kW/L，加氢时间仅3分钟，容量约5-6L，对应续航里程达500-600km。该车不含补贴售价仅约39万人民币，含日本政府30%补贴售价约27万人民币，价格已逼近与纯电动汽车售价。2015年，丰田已交付燃料电池汽车约500辆，据丰田预测，到2025-2030年，燃料电池汽车销量将达20万-80万辆。

根据日本对燃料电池加氢站的规划，将首先在东京、大阪、名古屋、福冈等人口密集的主要地区建立100座，并对加氢站建设进行50%的补贴。目前日本已建成加氢站数量约80座，大型氢气生产设施2个以上。按照规划方案，日本将大规模铺开加氢站建设，到2025年预计建设加氢站800座。截至2017年底，日本已经建成了91座公用加氢站。

3.3 美国燃料电池汽车增速高

美国政府对燃料电池在内的新能源公司提供资金支持和税收减免，其中，对于燃料电池和任何氢能基础设施建设实施30%-50%的税收抵免。2012年，美国联邦政府向能源部拨款63亿美元用于清洁能源的研究开发示范，到2012年已进入第三阶段，即按照3000美元/kWh补贴燃料电池系统，只要达到30%效率便可享受30%的税收抵免。2014年7月，包括加州在内的8个州签署了“零排放车辆合作协议”，力争到2020年区域内330万辆机动车尾气排放目标为0，零排放机动车占比汽车总销量达22%。

美国燃料电池支持政策

     作为美国燃料电池发展的核心地区，加州从2007年起便对氢燃料电池实行减免税，2010年宣布为轻型车提供15750元的回扣激励措施。同时，根据加州的ZEV法案，燃料电池汽车在加州最高可获得9 ZEV积分，每个积分最高价值为5000美元，且最高可获得约4万美元的补贴。

     另外，加州2013年通过ABB法案，要求每年建设约2000万美元的加氢站，且2024年之前至少建设100个公共加氢站。根据加州加氢站规划图，截止2017年底，已建成加氢站达40个，规划进展和地理布局较为合理，为未来燃料电池汽车的迅速推广打下基础。

3.4 欧洲着力完善加氢站布局

     欧盟2008年出台了燃料电池与氢联合行动计划项目（FCH-JU），2008-2013年共投入9.4亿元欧元用于燃料电池和氢能的研究和发展；2011年又启动“H2 moves Scandinavi”和欧洲城市清洁氢能项目（CHIC），出台CPT项目，投入1.23亿欧元建设77个加氢站，并针对15个已有加氢站的国家，实现国与国之间的互通互联。

欧洲燃料电池支持政策

时间	支持政策
2008	欧盟出台燃料电池与氢联合行动计划（FCH-JU），在2008-2013年至少斥资9.4亿欧元用于燃料电池和氢能的研究和发展，项目包括氢气车队项目、ZERO-REGIO项目和小型车辆氢气链项目的公开实验。
2011	FCH-JU运营基本正常，正在进行的项目44个涉及250家合作伙伴。新调用27个项目，投资约7亿RMB，于2011年底正式启动，其中两个大规模车辆示范项目“H2 moves Scandinavi”和欧洲城市清洁氢能成为全球典范。
2012	实施Ene-field项目，包含12个欧盟成员国，9家燃料电池系统制造商和接近1000套微型CHP系统。项目至少持续3年，可能延续到2017年，计划投资5300万欧元
2013	为TEN-T项目提供大约350万欧元的资助，用以支持对荷兰和丹麦加氢站当前运营状态的分析以及制定扩大其应用的新策略。该项目将提出一个在TEN-T道路网沿线将氢作为长距离替代燃料的部署提案，帮助决策者和基础设施管理者发展和使用有效的支持方案，以实现欧盟区氢基础设施的拓展和实用化
2013	FCH-JU项目运营基本正常，2013年投入经费约6300万欧元。2014年至2020年，欧盟将启动Horizon 2020计划，氢和燃料电池的投入预算可能达到220亿欧元。欧盟还在评估讨论CPT项目，计划投入1.23亿欧元建设77个加氢站，针对15个已建加氢站的成员国实现互联互通，最终，欧洲大部分将建成连贯的氢气基础设施网络。
2017	到2017年底，欧洲将有100辆燃料电池大巴投入使用，2020年这一数字将增加到1000辆。目前已有越来越多的欧洲城市在考虑禁止使用内燃机大巴，这种情况对于燃料电池汽车来说是一个很好的发展机会。
2018	芬兰VTT技术研究中心正在协调一个价值超过1000万欧元、为期5年的欧洲合作项目，该项目名为ComSos（商业规模SOFC系统），致力于开发SOFC燃料电池技术的商业应用。其目标是实现低排放电力和热量的可靠生产。这个为期五年的项目（2018-2020）预算为10,2 M€，并已根据第779481号拨款协议获得燃料电池和氢气联合承诺的7.4 M€资金。该联合承诺得到了欧盟Horizon 2020研究和创新计划，Hydrogen Europe和Hydrogen Europe研研究会的支持。

2017新增加氢站数量

2017新增加氢站数量居首，德国成为欧洲燃料电池发展标杆。德国是欧盟中加氢站建设最多的国家，2017年已建设56座以上，其中45座为公用加氢站，预计到2018年将达100座，2020年将达400座，2025年将1000座。此外，英国等国家也将加快加氢站建设。

 欧洲各国加氢站建设规划（单位：座）

奔驰推出性能优异的新款燃料电池车

奔驰推出性能优异的新款燃料电池车。奔驰2014年推出的B级F-Cell是欧洲燃料电池汽车的代表车型，采用其研制的第三代燃料电池电堆，燃料电池系统体积和形状与传统发动机相当，可直接在现有燃油汽车车型上替代发动机，为燃料电池汽车的设计提供便利。2017年奔驰又推出了GLC级F-CELL，氢燃料储量4.4kg，最大续航里程达到437公里。

四、燃料电池产业链发展情况

国外燃料电池支持政策

4.1 燃料电池客车示范情况

世界范围内，多个国家都启动了燃料电池客车示范，其中，美国在2006年专门启动了国家燃料电池公共汽车计划（National Fuel Cell City Bus Program，NFCBP），2011年美国燃料电池混合动力公共汽车实际道路示范运行单车寿命超过1.1万小时；德国戴姆勒集团参与“Hy FLEET：CUTE（2003-2009）”项目，36辆梅赛德斯－奔驰Citaro燃料电池客车已由20个交通运营商使用，运营时间超过14万小时，行驶里程超过220万km；韩国现代从2002开始研发燃料电池汽车，2012年推出了第3代燃料电池SUV和客车，开始全球示范。

根据各地燃料电池客车示范分析，燃料电池公交车和城际客车核心系统PEMFC寿命已达1 万小时，最高能够达到2 万小时，可靠性逐渐提高，但车辆采购成本较高。在客车性能方面，国内外的差距不大，甚至在氢燃料消耗方面还具有领先优势。

4.2 氢燃料电池乘用车发展现状

      世界几大汽车集团正在进行车用燃料电池和燃料电池汽车的研发工作，都推出了相应的产品，如丰田汽车、本田汽车、日产汽车、现代汽车等多家公司。随着发达国家燃料电池乘用车技术趋于成熟，国内外乘用车性能水平差距逐渐拉大，主要性能参数如表所示。

现阶段，国外燃料电池乘用车的核心零部件如电堆，均由企业自主研发，但燃料电池客车的核心零部件大多来自零部件供应商。

4.3 燃料电池及关键材料发展现状

燃料电池

燃料电池电堆主要由单体燃料电池构成，其中，单体燃料电池包括双极板、密封圈和膜电极，而膜电极又分为质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。

到目前为止，质子交换膜燃料电池均使用铂及其合金作为有效的催化剂，铂资源的匮乏和成本昂贵直接制约了燃料电池大规模商业化应用。从全球范围来看，现阶段应用于质子交换膜燃料电池的铂催化剂生产企业主要有英国的JM，德国的巴斯夫股份公司（BASF），比利时的Umicore，日本的TKK，美国的E-TEK 等，目前中国的企业还未实现实质性突破，主要以研究机构为代表，如中国的大化所、长春应用化学所、天津大学和中山大学等。、

质子交换膜是氢燃料电池最核心的零部件之一，是燃料电池电解质和催化剂进行电化学反应的基础，质子交换膜性能要求极高，目前在氢燃料电池中使用的质子交换膜主要采用全氟化聚合物材料合成，具有稳定性好及长寿命的特点，同时具有良好的阻气性能，但开发和生产难度高，现阶段主流的生产企业有美国的杜邦公司，另外，还有日本的旭化学工业株式会社（Asahi Chemical）及日本AGC旭硝子株式会社（Asahi Glass）生产的aciplex膜及flemion膜。中国的生产商主要有大连新源动力、上海神力及武汉理工新能源有限公司。

气体扩散层是支撑催化剂层、收集电流、为化学反应提供电子通道、气体通道及排水通道的隔层，由碳布/碳网和防水剂聚四氟乙烯组成，其材料和制备技术影响着燃料电池性能的优劣，也是决定燃料电池成本的关键零部件之一，目前主流的生产企业有日本东丽、加拿大巴拉德和德国SGL等。

双极板在燃料电池中主要起输送和分配燃料的作用，在电堆中负责隔离阴阳两极的气体，目前广泛采用的双极板材料有无孔石墨板、金属板及复合材料双极板。其中，石墨双极板的主流生产商有美国的POCO 公司、SHF 公司、Graftech 和，以及日本的藤仓gomu 工业株式会社、日本九州耐火炼瓦株式会社（Kyushu Refractories CO.LTD），英国的Bac2 以及加拿大巴拉德等。另外，金属双极板的主要生产企业有瑞典的cellimpact、德国的Dana 和Grabener、美国的treadstone公司等，国内主要有鑫能石墨、沪江科技、联强碳素以及喜丽碳素等。

电堆即为满足使用需求将多个单体组合起来的电池组。根据工作电压的不同单体电池的数量也不同，又因重量与体积比功率不同而呈现出各种电堆产品。目前主流的燃料电池电堆生产企业有加拿大的巴拉德、Hydrogenics，美国的Plug Power 公司，日本的丰田及本田公司，英国的ITM power、intelligent energy 公司，中国的上海神力及新源动力。

关键材料及零部件尽管我国的氢燃料电池技术取得了重大的突破，但是与国外先进水平相比，在关键材料方面仍在存在一定的差距，如催化剂和质子交换膜等，目前主要以进口为主，不仅价格昂贵，而且垄断性极强。上汽通过产学研结合，研发出的新型催化剂活性是国外商业催化剂的3倍，成本降低了25%。开发出的金属双极板可使燃料电池电堆体积功率密度提高1倍。具体情况见下表。

4.4 燃料电池系统及辅助系统

国内在燃料电池发动机的寿命和环境适应性方面与国外先进水平相比，仍然存在一定的差距，其原因在于国内相关研究较少。

燃料电池辅助系统国内外对比

	国外	国内
燃料电池系统的低温启动	国外汽车厂商如奔驰、丰田等已经实现-30℃的低温起动，并在加拿大北部严寒地区进行了试车实验。	国内燃料电池发动机实现-10℃低温起动，清华大学节能与新能源汽车工程中心进行了-15℃环境下低温启动的试验
燃料电池系统的耐久性	燃料电池质子交换膜>7300h	国内生产的燃料电池车用燃料电池系统在车用环境下寿命在1000小时左右，很少超过2000小时
	轿车用电堆实验室寿命>5000h
	公交车用燃料电池系统>7000h

4.5 制氢企业

      从燃料电池的全产业链来看，制氢、加氢及车载储氢的发展和经济性都可影响氢燃料电池汽车行业的发展。制氢方面，又因制氢方式的不同存在经济型差异，采用煤气化、石油裂解、天然气重整制氢等传统化石燃料制氢的方式仍为主流，也是成本比较低的方案，但从长期发展来看，采用生物燃料、太阳能、风能、核能电解水制氢的方式正在逐步发展。目前主流的氢气生产企业有日本的堺LNG 株式会社（SakaiLNG）、岩谷产业、JX Holdings，美国的Praxair，加拿大的Hydrogenics 公司，法国的Air Liquide，德国的林德公司（Linde），以及中国的神华集团、凯美特气和华特气体公司。

     制氢企业的制造氢气设备有些为自产、有些则来自制氢设备制造商，前者的代表企业主要有日本的岩谷产业、德国的林德公司，后者这种单纯的设备制造方主要有中国的七一八研究所、大陆制氢、北京氢璞创能等。总体来看，我国的氢气设备制造方尚与国外制造方存在差距。

     燃料电池发动机与内燃机同样都有冷却循环系统、空气供给系统、燃料供给系统和复杂的电子控制系统，其系统的效率随温度和功率的变化而变化，是影响氢燃料电池汽车性能的关键核心零部件；现阶段燃料电池发动机的生产企业主要分为两类，一类是燃料电池汽车制造商，另外一类是零部件制造商，前者的代表企业有日本的丰田及本田，韩国的现代，美国的通用，以及德国的戴姆勒，后者的代表企业有中国的亿华通和重塑科技。

五、中国车用氢燃料电池产业现状

5.1 中国燃料电池发展现状

氢能研发起步早 体系不完善

       我国对氢能的研究与开发可追溯到20世纪60年代。2000年科技部启动973基础研究项目，内容为氢能的规模制备、储运和燃料电池的相关研究，该项目针对氢能领域的若干科学命题和核心技术开展基础性研究。2001-2005年，国家科技部863电动汽车重大专项设立课题，以期在燃料电池、燃料电池发动机以及整车系统方面形成一套拥有自主知识产权的核心技术，最终开发成功燃料电池公交车和燃料电池轿车。

       目前我国已经形成从基础研究到示范演示的全方位格局，初步形成一支由高等院校、科研院所、石油化工及汽车工业等部门为主的从事氢能研究、开发和应用的专业队伍。我国燃料电池汽车产业链的研发体系以大学为主，清华大学、同济大学以及大连化学物理研究所承担大量的研发工作，而燃料电池汽车的生产体系建设较为缓慢，只有上汽集团参与相关建设工作。2012年，清华大学、同济大学、中科院大连物理化学研究所、上汽、一汽等发起成立中国燃料电池汽车技术创新战略联盟。国内燃料电池研发与生产体系仍需要不断的完善，才能更好的推动我国氢能源产业快速发展。

技术突破 但关键技术落后

      经过多年努力，我国在氢能和燃料电池技术领域取得了较大进展。在氢制备、储运等技术领域，我国的制氢工业以引进技术为主，技术相对成熟，与发达国家的差距不大；在燃料电池技术领域，我国已经掌握了诸如电催化剂、质子交换膜、双极板材料等关键技术，与国外先进水平保持同步，但在关键零部件规模生产和电堆批量组装及相关性能指标，我国还落后于世界先进国家。

产业整体处于研发示范阶段

      目前我国已经自行设计、制造、实验了多种不同型号的燃料电池样车。研制的燃料电池发动机和汽车亦在2008 年北京奥运会和2010年上海世博会进行示范运行，均取得圆满成功。上汽也于2013年举办实现燃料电池汽车中国万里行活动，充分验证了燃料电池汽车的环境适应性。

      但与美欧日等西方发达国家相比，我国在氢能与燃料电池产业化和商业化进程方面滞后。国外燃料电池产业链各环节均已实现产业化，但国内的产业化程度还很低，且研发主体基本多为高校、可研机构和中小企业，商业化产品寥寥无几。总体来看，我国与国外水平差距明显，基本停留在技术示范阶段。

核心专利少 创新能力不足

       在氢能与燃料电池专利技术上，我国与美日德存在较大差距。从全球优先权专利申请来看，燃料电池汽车专利技术主要集中在日本、韩国、美国和德国。其中，日本优先权专利数量达到10454个专利族，占71%，各大关键技术均处于绝对领先地位。此后依次是韩国（1225）、美国（1089）与德国（949），差别不大，中国（317）以2%排名第五。

      我国氢燃料电池技术和产业基础薄弱，资金和技术力量投入不足，参与机构数量较少，导致我国氢燃料电池技术创新能力不足。“十二五”期间，科技部预算计划投入2亿多元用于燃料电池汽车研发，但与发达国家数亿美元的投入相比略显不足。

加氢站技术成熟但建设滞后

       加氢站建设方面，我国的35MPa加氢站技术已趋于成熟，加氢站的设计、建设以及三大关键设备如45MPa 大容积储氢罐、35MPa 加氢机和45MPa隔膜式压缩机均已实现国产化。目前，我国已经开始主攻70MPa加氢站技术。截止2016年7月，我国运行的加氢站共有5座，分别位于北京、上海、佛山、大连和郑州，加氢站建设较为滞后。

5.2 国内燃料电池与氢能的建设成绩

      近年来，我国在燃料电池方面的投入也不断加大，经过三个“五年规划”及“863”等科技项目攻关，基本建立起具有自主知识产权的燃料电池轿车与燃料电池城市客车动力系统技术平台，也初步形成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、供氢系统等关键零部件的配套研发体系。我国燃料电池汽车正处于商业化示范运行考核与应用的阶段，已在北京奥运燃料电池汽车规模示范、上海世博燃料电池汽车规模示范、UNDP 燃料电池城市客车示范以及“十城千辆”、广州亚运会、深圳大运会等示范应用中取得了相对良好的社会效益。

燃料电池汽车

      基于燃料电池轿车和客车动力系统技术平台，目前已开发出3 款燃料电池客车、5款燃料电池轿车，已具备开发百辆级燃料电池汽车动力系统平台与整车生产能力以及进入国外市场的竞争力。成功在北京奥运会、上海世博会、全球环境基金与联合国发展计划署(GEF/UNDP)共同支持的燃料电池城市客车商业化示范区、新加坡青奥会、美国加州等活动和区域进行了示范运行。

      燃料电池轿车最高车速达150km/h，0~100km/h的加速时间14秒，一次加氢续驶里程300km，氢气消耗0.912kg/100km。动力系统平台应用于“上海牌”、“帕萨特”、“奔腾”、“志翔”、“东方之子”等车型，先后完成了2008年北京奥运会、2009年美国加州、2010年上海世博会和广州亚运会等示范和运行。

      2016年9月，全国首条氢能源城市公交车示范线路正式开通，由上海重塑能源科技和佛山飞驰客车共同研制的12台燃料电池大巴车正式投入运营。

燃料电池车用动力总成

我国已经攻克了车用燃料电池动力系统集成、控制和适配等关键难点，形成了燃料电池系统、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系，实现了综合技术的跨越，总体技术接近国外先进水平。

以同济大学新能源汽车工程中心为主的燃料电池轿车动力系统研发团队和以清华大学汽车安全与节能国家重点实验室为主的燃料电池客车动力系统研发团队在车用燃料电池动力系统平台技术方面取得重要进展。轿车动力系统技术平台采用燃料电池-动力电池混合驱动的构型方案，形成了千套级燃料电池轿车动力系统平台的集成能力。燃料电池客车形成的燃料电池-动力电池动力系统技术平台，攻克了制动能量回收、蓄电池系统热电管理技术、双燃料电池堆独立运行等瓶颈技术，建立了碰撞-氢-电等多因素构成的新的汽车安全技术体系，完成了国内第一例客车用氢-电系统的整车碰撞试验。

燃料电池系统

我国在车用燃料电池系统技术方面，初步掌握了燃料电池的材料、部件及电堆的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池技术平台。我国车用燃料电池电堆的功率密度已达2.0kW/L，掌握了-20℃低温启动技术，燃料电池轿车道路工况运行寿命超过3000h。国内从事车用燃料电池技术研究的机构包括大连化学物理研究所、武汉理工大学、清华大学、上海交通大学、同济大学、中南大学等诸多高校和科研院所，经过国家科技计划的支持，在车用燃料电池关键材料、部件及电堆研究等方面都取得了明显的进展，从发表的研究结果来看，在催化剂、炭纸、膜电极和双极板的关键技术指标接近国外先进水平。

国内从事车用燃料电池系统产品开发的单位主要有新源动力股份有限公司、上海神力科技有限公司、武汉理工新能源有限公司。质子交换膜、催化剂、炭纸、膜电极和双极板的关键技术指标接近国外先进水平，但是从这些技术和材料在燃料电池汽车开发中的应用效果来看，存在着技术开发不充分、产品实现方面能力不足、缺乏批量生产能力等问题。在产业层面上，我国还不具备完整的燃料电池电堆产业链，燃料电池关键材料主要依赖进口，从事燃料电池电堆相关业务的企业数量少、投入小，技术开发和制造能力与国外先进水平差距比较明显。

氢气基础设施

我国已具备设计建设70MPa加氢站的能力（包括固定站和移动站），关键设备国产化取得重大进展，相关标准法规也在逐步完善中。目前国内运行的加氢站有5座，分别位于北京，上海、佛山.大连和郑州。北京加氢站具备站外供氢、站内天然气重整制氢和站内电解水制氢三种供氢方式，加注压力为35MPa；上海加氢站采用外供氢方式，以上海地区的工业副产氢气为气源，加注压力70MPa。

从氢能的来源方面，目前我国存在的焦炉气和工业副产气中含有大量的氢，同时可再生能源，如弃风弃电弃水，也可以作为制取氢气的来源。

六、燃料电池汽车及产业化发展趋势分析

6.1 燃料电池汽车发展趋势

车用燃料电池技术发展方向逐渐明确，各大汽车厂商继续进行新一代燃料电池技术的研发，目标是降低制造成本和提高可靠性与耐久性。燃料电池汽车技术发展的趋势表现为：

燃料电池模块化和系列化

为了便于提高可靠性和寿命，并降低成本，燃料电池发展出现模块化趋势。单个燃料电池模块的功率范围被界定在一定的范围之内，通过模块的组装，实现不同车辆对燃料电池功率等级的要求。

燃料电池汽车动力系统混合化

在目前的燃料电池汽车动力系统中，已经不再采用最初的动力方案，而是燃料电池系统与动力蓄电池混合驱动的方式。这种混合动力驱动方案最早被我国科技人员采用，可有效提高燃料电池的寿命、降低车辆成本，已被国外广泛采纳。

车载能源载体氢气化 来源多样化、

经过对各种能源载体的比较和考核，基本摒弃了基于车载各种化石燃料重整制氢的技术途径，更多得采用了车辆直接储存氢气的方案，储存方式以高压气态为主；而氢气制取在制氢站完成，采取了基于本地资源特点的多种制氢途径。

燃料电池汽车产业联盟化

在汽车制造行业，燃料电池技术通常是自己研发，但目前燃料电池汽车产业发展正在突破这种常规发展模式。目前，汽车整车生产企业与燃料电池生产厂家加强了技术整合。汽车整车生产厂商与燃料电池生产企业的合作共赢成为了燃料电池汽车发展的一种重要模式。

6.2 产业化发展趋势

氢能源优势突出，是未来能源绿色体系的重要组成。作为一种战略性高效清洁能源，氢能源产业的发展受到世界各国广泛关注和重视。

目前，世界各国纷纷制定和出台一系列的政策、规划，明确氢能产业发展路线图，投入巨额财政资金用于氢能与燃料电池技术的研发，同时启动氢能与燃料电池的示范应用项目，并不断完善配套加氢站等基础设施的建设。伴随着燃料电池商业化进程加快，世界各国愈加重视氢能与燃料电池产业的发展，政策导向性更加明确。另外，为了推动氢能产业发展，各国开始加强联盟合作，如荷兰、丹麦、瑞典、法国、英国与德国六国已经达成共同开发推广氢能源汽车的协议，这些国家间联盟合作或成为国外氢能产业合作的新趋势。

氢燃料电池汽车开启产业化

从技术方面来看，欧美日等发达国家大多已完成燃料电池汽车基本性能的研发阶段，解决了若干关键技术问题，在整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等方面均与传统汽车相当。成本方面，燃料电池系统成本持续下降，整车成本从2005年之前的100 万美元到现在的5-10万美元，在可接受范围。基础设施方面，各国政府和企业纷纷制定相应的加氢站建设计划，以保障燃料电池汽车加氢需求。综合来看，氢燃料电池汽车产业化条件已经具备。

目前，世界主要汽车制造商均设定了燃料电池汽车的商业化时间，其中丰田已于14年12月15日在日本国内开始销售其燃料电池汽车Mirai，并计划2015年登陆欧美市场。通用、福特、奔驰都将在3年内推出量产车型，宝马和日产均有2020年前推出氢燃料电池商品车计划。因此，2015年被视为氢燃料电池汽车的市场化元年，产业化黎明到来，2020年被看作市场启动年，届时将大规模生产氢燃料电池汽车。

氢燃料电池汽车开启产业化

工业化和商业化的绝大多数问题都可以归结到成本之上，燃料电池亦不例外。近10 年来，燃料电池的成本控制一直是研究机构和实业界最重要的目标之一。根据DOE的估算，基于2013 年的技术水平，在年产50000套的规模下，车用80kW功率的PEMFC 燃料电池成本降低到55美元/kW，较之2002年的275美元/kW下降了80%，这一数字已经逐步接近美国能源部设定的2017年成本目标：$30/kW。

预计随着氢能与燃料电池、关键材料等技术的逐步成熟，氢燃料电池系统的成本继续呈现下降趋势，将更加有利于氢燃料电池系统产品的产业化和商业化。