氢燃料电池技术研究百花齐放

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能的应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能源研究。

2015年被认为是氢燃料电池的产业化元年，氢燃料电池技术研究百花齐放、氢燃料电池汽车投放市场、氢燃料电池固定式发电进入商业化运营模式、不断开拓氢燃料电池在其它应用领域的商业化发展道路。

从氢能与氢燃料电池全球发展的总体来看，欧美日等发达国家继续加大研发投入和政策扶持，氢能与氢燃料电池在交通领域、固定式发电领域、通信基站备用电源领域和物料搬运领域都显示出市场化的迹象，氢燃料电池技术应用总体已经在商业化初期崭露头角。其中，丰田汽车公司的MariaFCV和现代汽车公司ix35FCV的早期市场化推进，以及配套的加氢站建设进程特别引人注目，两大汽车厂商的举动和取得的成果将会给予其他汽车公司加入氢燃料电池汽车商业化极大的勇气，让人们对氢燃料电池汽车在未来的发展更加期待。

1、PlugPower：订单驱动的股价大爆发

（1）公司概况

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。公司的核心产品是氢燃料PEMGenDrive产品，此类产品主要用于大批量制造和高吞吐量地点的工业越野(叉车或材料处理)，即属于交通运输领域的物料搬运市常除了GenDrive，公司还有限地生产GenSys和GenCore产品，它们也都是氢燃料质子交换膜电池系统，主要为关键基础设施提供后备电源。

从Plug的供应链来看，其上游的供应商包括燃料电池生产商Ballard，和燃气供应商BASF和AirLiquide；下游客户包括雀巢，沃尔玛，联邦快递等货物量较大的公司。从此来看，公司的重心应该集中于系统(例如：叉车)的组装。

公司的主要客户为斯蒂尔、奔驰、宝马、沃尔玛、宝洁、可口可乐等公司，目前订单主要集中于GenDrive产品，即物料搬运叉车应用。得益于燃料电池叉车的不断发展，公司于2013年第四季度实现了订单的爆发式增长。公司采取类似苹果的直接销售模式，其产品遍及世界各地，主要集中在北美。

公司核心产品GenDrive燃料电池系统近几年的出货量也在逐步攀升，从2010年的1100套迅速增加到2016年的1.5万套，随着订单的逐步增加，Plug公司的销售量还有望继续提升，持续拉动公司业绩发展。随着产品销量的不断攀升，产品成本却在逐年递增，2011年缩减为2010年成本的94%，2016年缩减为53%，实现成本的极大减校成本下降有利于提高公司的营收，同时有利于推动燃料电池产品价格的逐步下降，从而提高普及度。

（2）专利分布

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朝。

在Plug公司高被引的专利中，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。

2、BallardPowerSystems：PLUG合作的技术雄厚电池供应商

（1）公司概况

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朝。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常巴拉德的客户面非常广，在后备电源领域，通过利益相关的DanthermPower公司以及合作伙伴Cascadiant和InalaTechnologies，公司把产品销往了SINE，HutchisonTelecom和Vodacom等遍布全球的公司；在物料搬运市场，公司与PlugPower公司有着长久的合作关系，PlugPower公司所有的GenDrive燃料电池系统系列产品全部采用巴拉德公司的燃料电池堆；公车领域的主要客户是BAESystems和WanHool；分布式发电领域则主要是将完整的电池系统ClearGen销售给TOYOTA和FirstEnergy公司。

公司的主要收入来自于燃料电池产品和工程服务的收入，其中燃料电池产品收入占比较大，且呈逐年增长趋势，成为营收的支撑点。公司主营收入近几年自2010年来由于公司转型发展有逐渐下降趋势，但自2012年来由于燃料电池的迅速发展，预计未来公司主营收入将有将为明显的增长，同时公司的净利润也将逐步减小损失，往盈利方向前进。

公司燃料电池产品分为燃料电池堆、模块和系统三部分，燃料电池堆和燃料电池系统是主要部分。其中燃料电池系统出货量逐年增加，从2010年的58台迅速增加到2012年的399台。而燃料电池堆部分，可从PlugPower公司数据窥探一二。由于巴拉德公司公司与PlugPower公司有着长久的合作关系，PlugPower公司所有的GenDrive燃料电池系统系列产品全部采用巴拉德公司的燃料电池堆，因此从Plug公司逐年递增的GenDrive出货量就可以看出巴拉德公司的相关电池堆产品销售量也在不断攀升。自此，我们可以推断，公司产品的出货量呈现逐年增长的趋势。

（2）专利分析

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。由于从专利申请到专利公开一般有18个月的滞后期，所以图中专利公开量的变化趋势整体滞后于申请变化曲线一年半。将专利申请结合公司的研发开支来看，巴拉德公司从1996年开始到2005年左右都是处于研发阶段，该阶段的研发支出较高且申请专利数较多，自2005年之后研发支出和专利申请都处于下降中，公司开始将研发成果转投实际应用。

对巴拉德公司的所有专利族进行被引分析，发现其被引次数超过60次的专利族超过20余个，其中被引次数最多的专利族的被引次数超过了200次，排在第二位的高被引专利被引用的次数也将近达200次，可见该公司发明专利的影响力之大。

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。由于自2009年以来公司研发支出较低，对整体的专利分布不构成较大影响，故而我们认为巴拉德公司近几年的技术分布还维持在原有已建立起来的技术领域，没有拓展新的领域。

3、FuelCellEnergy：固定式领域标兵

公司概况

FuelCellEnergy是一家全球领先的综合性燃料电池公司，公司成立于1969年，前身为能源研究公司，此后在1999年更名为FuelCellEnergy。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F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。

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。

在FuelCellEnergy供应链中，上游的供应商POSCO主要从事钢材轧制品和板材的生产销售，其为FuelCellEnergy提供生产DFC系列产品所需的外部封装材料。FuelCellEnergy的客户主要是美国政F机构以及POSCO和DOMINION。其中POSCO拥有建筑分部，从事工业厂房和民用建筑工程项目的建设。另一大客户DOMINION是一家能源企业，主要从事能源的生产和运输，拥有众多发电组合和天然气输送设施。结合DFC产品功能来看，这两个客户应该都是将可使用的产品直接集成到原有系统投入使用，或用于发电或用于热电联产。从整个供应链来看，除了非核心的封装材料外，FuelCellEnergy产品的部件如燃料电池是由自己生产的，包括系统的组装也是自己完成，那么其核心技术也应集中在燃料电池以及系统组装两个方面。

随着氢能源汽车以及固定式燃料电池等新技术的应用推动，全球掀起了利用氢能源的浪潮，根据日经BP清洁技术研究所的预测，全球氢基础设施的市场规模将从2005年的7万亿日元左右逐步上升至2016年的约190万亿日元。其中规模最大的是固定式燃料电池和燃料电池车，两者都将于2030年左右达到全面普及水平。氢燃料电池汽车或将与锂电池汽车相较高下。

在交通运输领域的突破预计在2017年前完成，在PEMFC中，贵重金属催化剂铂的使用剂量也在逐步降低，再加上电解槽等成本的降低，使得PEMFC的成本不断降低。根据英国碳信托咨询公司的报告，若燃料电池汽车需要规模化生产，其成本需达到36美元/千瓦才能与内燃机汽车竞争，目前为47美元/千瓦。想象空间逐渐打开。

目前国内对氢燃料电池的关注度正逐渐提高，不过仍然局限于拥有相似技术的公司，未来随着主题炒作的深入，产业链上下游的公司也将被挖掘出来。同Tesla产业链主题投资一样，供应氢燃料电池所需正负极、电解质等材料的公司股票也会大幅上涨。

世界氢燃料电池市场前景

燃料电池的特点决定了它具有广阔的应用前景。首先，它可以用作小型发电设备；其次，作为长效的“电池”；三是电动汽车上的应用。

燃料电池首先用作发电设备，是因为其价格有可能与一般的发电设备相竞争。但燃料电池在电动汽车上的商业应用前景是远期的，因为汽车需要的是发电机，发电机的价格远比燃料电池要便宜，因此在短期内，燃料电池汽车在价格上难以与其他汽车相竞争。现在燃料电池研究与开发集中在四大技术方面：（1）电解质膜；（2）电极；（3）燃料；（4）系统结构。日美欧各厂家开发面向便携电子设备的燃料电池，尤其重视（1）～（3）方面的材料研究与开发。第四方面的研究课题是燃料电池的系统结构，前三个方面是构成燃料电池的必要准备，而系统结构是燃料电池的最终结果。

固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，是解决世界节能和环保的重要手段，受到了世界许多国家的普遍重视，包括美国、欧洲、日本、澳大利来、韩国等。尽管固体氧化物燃料还存在一些问题，如电极材料、制造成本、操作温度过高等等问题，但是瑕不掩瑜，加快固体氧化物燃料电池发展必然是世界发展的总趋势。降低电池操作温度和微型化是固体氧化物燃料电池（SOFC）的发展趋势。其关键部件的材料制备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有：a）高性能电极材料及其制备技术；b）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术；c）电池结构优化设计及其制备技术；d）电池的结构、性能与表征的研究。随着燃料电池技术的进一步发展，必将能够加快我国经济建设与可持续化发展步伐。

燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代。因为太阳能供电虽然能替代部分能源，但它与天气有关，受气候的制约；核能利用又存在安全问题；唯有燃料电池供电，它没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，它解决了火力发电使全球环境污染的问题，它是一个纯正的绿色清洁能源。