钜大LARGE | 点击量：2336次 | 2018年07月15日
燃料电池核心技术决定成败
近年来，各国政府对加氢站及相关氢基础设施的建设力度，不断推动燃料电池市场的发展。根据相关发展报告的统计，2013年全球燃料电池出货量为50050台，按每年49.1%的复合年增长率计算，到2020年的时候其出货量预计将达到790450台。从产能数据看，2013年全球燃料电池产能达215.3兆瓦，如果按每年22.6%的复合年增长率计算，全球燃料电池产能在2020年预计将达到664.5兆瓦。
目前，燃料电池主要应用于固定式电源、便携式电源及交通运输等方面。在各种应用领域中，便携式燃料电池占主导地位，其出货量占出货总量的71.2%。但在生产功率方面，固定式燃料电池所占的比例较大，约为58.1%。车用燃料电池虽然在燃料电池产业中的占比很少，但占据着重要地位。在过去，耐久性，低温工作性能以及成本是阻碍燃料电池发展的三大障碍。经过过去20年的发展，燃料电池技术已经趋于成熟，燃料电池供应链也逐步成型，耐久性以及低温工作性能问题已经得到解决。
国内外市场分析：
目前，燃料电池市场技术高度集中，PlugPower公司、BallardPowerSystems公司和FuelCellEnergy这三家公司，占据了全球燃料电池市场的过半份额。
【PlugPower：订单驱动高速发展】
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
PlugPower是1999年成立的专注于设计、开发、制造和销售用于物料搬运叉车的燃料电池系统的供应商，是目前全球较大的燃料电池集成系统商。该公司的主要产品为质子交换膜燃料电池和燃料加工技术和燃料电池/蓄电池混合动力技术。
Plug公司有一定数量的基本专利，从1997年开始到2000年申请专利迅速增长，而其后维持在较高量上波动，而从2003年开始专利数量急剧萎缩，特别是从2008年开始到2012年间公司几乎没有申请专利。结合公司的研发支出来看，和专利申请基本保持一致。从2008年到2012年公司研发支出都在2千万美元以下，大大低于高峰时期的6千万美元，故而认为公司从1997年到2007都处于研发阶段，而从2009年开始则转向将专利市场化。
Plug公司的专利，主要涉及了燃料处理系统、燃料电池系统、燃料电池组件、质子交换膜燃料电池等技术，从此我们可以推断公司的核心专利技术也是围绕在以上几个专利。虽然公司目前重心位于系统组装，但始终掌握着燃料电池的相关技术，因此公司始终手握燃料电池技术层面的话语权。
目前Plug的制造水平可达到年产量一万台，意味着超过2亿美元的年收入。而这些收入还未包括Plug新推出的GenKey中的后续服务收入。2013年，Plug共收到6180万美元的订单，相比往年有巨大的增幅，而80%的订单是在2013年的最后一个季度收到的，订单呈现爆炸式的增长。随着沃尔玛最近一份两年1700台的订单，预计Plug将迎来前所未有的发展高度。
【BallardPowerSystems：技术雄厚的电池供应商】
巴拉德动力系统公司是一家成立于1979年的加拿大公司，公司从1983年开始研发燃料电池。从2007年到2009年，公司完成了从长期、高成本的汽车燃料电池研发转向清洁能源燃料电池产品的市场化。目前公司的主要业务是质子交换膜燃料电池产品(包括燃料电池堆、模块和系统)的设计、开发、制造和服务，专注于商用市场(电信备用电源、物料搬运和工程服务)和开发阶段市场(公车、分布式发电和连续电源等)。迄今为止，公司氢燃料电池的出货量接近150MW，是目前当之无愧的氢燃料电池界翘楚。
巴拉德公司提供多种产品来覆盖不同的需求，其产品覆盖了固定式领域和交通运输领域的主要应用市场，公司燃料电池产品分为燃料电池堆、模块和系统三部分。
巴拉德公司最早在1990年申请了专利，此后从1996年开始迅速上升到2001年达到了专利申请的最高峰，在急速上升之后，2004年开始出现了快速下滑，并于2005年跌幅渐缓。
巴拉德公司技术重点集中在燃料电池电解质、固态氧化物电解质电池、燃料电池供应设备、用于压力控制的燃料电池辅助装置或方法、质子交换膜燃料电池等方面。
【FuelCellEnergy：固定式燃料电池标兵】
FuelCellEnergy是一家全球领先的综合性燃料电池公司，主要从事固定式燃料电池的研究，主要产品是可用于现场发电、热电联产及分布式发电的MCFC。产品主要服务于电力实业、商业和企业、政府机构等。目前公司产品DFC发电厂已在全球超过50个地点产生超洁净、高效和可靠的电力。公司已经生产超过1.5十亿千瓦时的超清洁电力，且拥有超过300兆瓦的发电装机容量。
FuelCellEnergy公司主要产品为DFC系列发电产品，主要用作首要电源和热电联产以及分布式发电，公司产品的输出跨度极广，从几百千瓦到数兆瓦都有提供，而这样的输出在其他同类产品中又处于较高水平，因此DFC产品在固定式燃料电池领域极具竞争力。
通过对三家公司分析，我们不难发现，成功的燃料电池企业必定是技术密集型，核心技术起到了对公司主要产品强大的支撑力，有技术方能有产品，而技术的形成则基于公司对市场的准确判断。从与其他行业获批专利的对比中，我们也不难发现这一点，燃料电池行业的专利技术数量远远高于其他行业，这无疑印证了燃料电池行业是一个技术密集行业的说法。
从国内市场来看，目前氢燃料电池领域掌握技术领先的公司主要有中科同力化工材料有限公司和新源动力股份有限公司，但这两家公司目前均未上市。
【中科同力：以质子膜技术为核心】
上海中科同力化工材料有限公司成立于2002年2月，由中国科学院上海有机化学研究所、上海同济科技实业股份有限公司以及上海神力科技有限公司等共同组建。公司主要致力于研制和生产国产质子膜燃料电池汽车核心部件——质子膜，质子膜燃料电池已经同济大学研制成功并投放市场。
【新源动力：国内最大燃料电池企业】
新源动力股份有限公司主要从事质子交换膜燃料电池及组件的研制生产，被国家授予“燃料电池及氢源技术国家工程研究中心”，是目前国内燃料电池领域规模最大的企业。新源动力股东：上汽集团、长城电工、南都电源、新大洲A分别持有新源动力34.2%、9.0%、8.1%和3.4%的股权。
政策驱动企业加大研发
“十二五”期间，我国科技部预算投入2亿多元用于燃料电池汽车研发。也许这2亿元并不是一个非常庞大的数字，但是在国家的引领下，相关企业增加研发投入，是推动我国氢燃料电池产业发展的根本动力，目标为降低氢燃料电池的发电成本。
近年来，我国已经初步建立起涵盖燃料电池，动力电池，DCDC转换器，驱动电机，储氢系统以及其他部件与零件在内的研发体系，目前已有超过100个动力系统以及车辆于中国成功生产。
根据现今技术水平，燃料电池的铂消耗量下降到0.3g/kW，系统成本降至$500-1000/kW，耐久性已可达10年，冷启动温度可达-30℃。预计2015年到2025年间，燃料电池技术将走向工艺发展期。2025年后，燃料电池将得到广泛普及。
核心技术决定未来发展
相比发达国家，我国燃料电池企业目前仍然存在以下问题：
（1）本土的燃料电池电堆输出功率仅为53kW左右，落后于发达国家的80-100kW
（2）本土车用燃料电池发动机的寿命仅为2000h，落后于国外的5000h。
（3）掌握了-10℃冷启动技术，正在开发-20℃冷启动技术，但与国外-30℃冷启动仍存在差距。
（4）主要由于包括质子交换膜，碳纸，铂催化剂，高纯度石墨等关键材料都依赖于进口，本地系统生产成本高。
（5）不具备成熟的配套产品开发能力，包括空压机，增湿器，氢循环设备等。
（6）中国的系统整合能力较弱，电气性能以及寿命不足。
在此背景下，预计发展中国家的新能源产业的落后现状仍将是全球燃料电池市场全面发展的限制因素。
可喜的是，近年来我国科研机构也在不断突破燃料电池技术难关，探寻未来发展方向。
日前，武汉理工新能源公司“低成本燃料电池关键技术”项目，通过了湖北省科技厅组织的专家验收。该研发团队成功研制出以CCM膜电极和金属双极板为标志的第二代车用燃料电池电堆，功率密度高达2.7千瓦/升以上，满足整车性能要求，同时贵金属催化剂铂用量可降低到约10g/台车，仅仅比车用尾气催化剂中贵金属用量稍高，使燃料电池电堆成本得到有效控制，研究成果达到国际先进水平。
笔者认为，未来燃料电池技术的突破可能是促进中国燃料电池技术发展的关键因素。同时，加氢站的布局，或许也将制约我国燃料电池产业，特别是燃料电池汽车产业的发展。
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