濟(jì)南壓力機(jī)廠家|燃料電池行業(yè)研究及產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/h2>

Jun 23, 2021

核心觀點(diǎn)

環(huán)保、熱值等特性加持，政策推動(dòng)，氫燃料車(chē)用場(chǎng)景快速拓展。濟(jì)南壓力機(jī)廠家了解到，氫能是一種清 潔脫碳、應(yīng)用場(chǎng)景豐富的二次能源，也是可再生能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化的理想載體和媒 介。在遠(yuǎn)期“碳中和”實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，氫能的地位將越發(fā)重要，在傳統(tǒng)工業(yè)、交通、 建筑等領(lǐng)域脫碳中將扮演重要作用。在此背景下，我們認(rèn)為燃料電池汽車(chē)將進(jìn)入 快速發(fā)展的黃金十年，產(chǎn)業(yè)鏈配套的材料、設(shè)備生產(chǎn)商將迎來(lái)巨大成長(zhǎng)機(jī)遇。我 們梳理了主要環(huán)節(jié)如下：

1）電堆：國(guó)產(chǎn)化仍需巨大努力。巴拉德較為領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)廠商集成能力有待增強(qiáng)， 目前國(guó)內(nèi)擁有上海重塑、億華通等燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)商。

2）質(zhì)子交換膜：國(guó)內(nèi)廠商產(chǎn)品已經(jīng)商業(yè)化，成本品質(zhì)有待提升。國(guó)際材料巨頭 如杜邦等已經(jīng)具有非常成熟的技術(shù)，國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)具有商業(yè)化產(chǎn)品，但是穩(wěn)定 性、成本有待改善，主要國(guó)內(nèi)供應(yīng)商有東岳集團(tuán)、鴻達(dá)興業(yè)（獲得技術(shù)授權(quán)） 等。

3）催化劑：需要通過(guò)改善催化劑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)降本。催化劑的核心痛點(diǎn)是降本提效， 仍需在催化劑合金結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行改善。

4）氣體擴(kuò)散層：國(guó)內(nèi)基材落后較大，產(chǎn)業(yè)化水平有待提升。據(jù)濟(jì)南壓力機(jī)廠家了解，碳纖維布、非織造 布、碳黑紙及碳纖維紙作為基體材料，成本占整個(gè)燃料電池成本的 20%～25%， 目前國(guó)內(nèi)基材生產(chǎn)能力和成本控制能力仍具有較大劣勢(shì)。

5）雙極板：核心難度在于設(shè)計(jì)，金屬雙極板國(guó)內(nèi)布局廣泛。在石墨雙極板方面， 國(guó)內(nèi)較為落后，但是金屬雙極板布局廣泛（如安泰科技等），未來(lái)有彎道超車(chē) 的可能。

6）密封膠、緊固件、空壓機(jī)、循環(huán)泵等：可承接部分傳統(tǒng)工藝（如汽車(chē)），市 場(chǎng)仍被海外企業(yè)主導(dǎo)，未來(lái)國(guó)產(chǎn)化可能性較高。

氫能源汽車(chē)：“碳中和”背景下或?qū)⒏咚僭鲩L(zhǎng)

政策推動(dòng)下，環(huán)保、熱值、儲(chǔ)量等多方面具有優(yōu)勢(shì)，氫能時(shí)代或來(lái)臨汽車(chē)是當(dāng)前人類最重要的交通工具之一，目前的動(dòng)力來(lái)源均來(lái)自化學(xué)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn) 化，主要的轉(zhuǎn)換方式有三種：

1）燃油/天然氣汽車(chē)：利用內(nèi)燃機(jī)對(duì)化石燃料燃燒產(chǎn)生的能 量進(jìn)行轉(zhuǎn)化；

2）鋰電車(chē)：利用電池和電機(jī)實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能的動(dòng)力轉(zhuǎn)化；

3）氫能車(chē)：利用 電堆發(fā)生原電池反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氫氣儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化。我們認(rèn)為，氫能解決方案具有以下優(yōu)勢(shì)：

環(huán)保友好：主要排放物為水，不存在污染和 CO2 的問(wèn)題。

儲(chǔ)量豐富：氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的 75%，不過(guò)主要 以化合態(tài)的形式出現(xiàn)，分離提純需要一定的成本。

熱值高：除核燃料外，氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高 的；汽油的 3 倍，乙醇的近 4 倍，煤炭的 5～6 倍。

過(guò)去幾年，氫能經(jīng)過(guò)技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)化初期的探索以及海外技術(shù)的逐步擴(kuò)散，氫能在 國(guó)內(nèi)的發(fā)展也完成了“從 0 到 1”的突破，產(chǎn)業(yè)鏈具備了雛形，政策力度也在加大。從分行 業(yè)的技術(shù)規(guī)劃、到寫(xiě)入全國(guó)政府工作報(bào)告、再到能源法的征求意見(jiàn)稿中將氫能正式列入能 源范疇，顯示出政策對(duì)氫能發(fā)展的成熟度和長(zhǎng)期發(fā)展方向的肯定，特別是 2020 年對(duì)氫燃 料電池汽車(chē)示范應(yīng)用等鼓勵(lì)政策的落地，對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的支持更為細(xì)化和明確，也有助于政 策支持效果更快的顯現(xiàn)。

對(duì)于地方政府政策而言，濟(jì)南壓力機(jī)廠家了解到的賽迪科創(chuàng)的《2020 年氫應(yīng)用發(fā)展白皮書(shū)》顯示，中國(guó) 已有 20 余個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）、市、縣出臺(tái)氫能產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)政策約 42 個(gè)，省級(jí)、市級(jí)、 縣級(jí)政策占比分別為 28.6%、54.7%、16.7%。地方政策出臺(tái)較多的區(qū)域主要集中在廣東、 浙江、江蘇、山東等區(qū)域，核心聚焦在氫燃料汽車(chē)（主要為城市公交大巴車(chē)和物流車(chē)）的 推廣、氫燃料電池核心技術(shù)研發(fā)、加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施以及氫能示范城區(qū)的建設(shè)等等。預(yù)計(jì) 在中央政府和地方政府的政策加持下，在技術(shù)基礎(chǔ)條件較好、經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)的區(qū)域，氫能 發(fā)展有望逐步提速。

燃料電池：更新節(jié)能環(huán)保發(fā)電新技術(shù)

燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電 器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通 過(guò)電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限 制，因此效率高；另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料，同時(shí)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，故沒(méi) 有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。由此可見(jiàn)，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看， 燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

燃料電池是大功率、高比功率與高比能量的電池，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。燃料電池起源 于 19 世紀(jì)，是一種將燃料與氧化劑通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。20 世紀(jì) 70-80 年代，全球能源危機(jī)和航天軍備競(jìng)賽大大推動(dòng)了燃料電池的發(fā)展。20 世紀(jì) 90 年代 至今，人類日益關(guān)注環(huán)境保護(hù)，燃料電池工作可靠、操作簡(jiǎn)單、清潔高效、電化學(xué)反應(yīng)有 害產(chǎn)物較少，因而得到長(zhǎng)足發(fā)展，核心關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，商業(yè)化應(yīng)用前景廣闊，也被視 作最具發(fā)展前途的能源動(dòng)力裝置之一。

燃料電池發(fā)電原理

氫能燃料電池是使用化學(xué)元素氫作為燃料的清潔電池，據(jù)濟(jì)南壓力機(jī)廠家了解，基本原理是將氫能注入燃料電 池的陽(yáng)極（即負(fù)極），經(jīng)過(guò)鉑等催化劑的作用，在電極上與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)失去電子，氫 離子穿過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)燃料電池陰極（即正極），電子通過(guò)外部電路到達(dá)燃料電池正極 產(chǎn)生電流。

燃料電池組成主要分兩部分：膜電極組件(MEA)和雙極板，其他結(jié)構(gòu)件包括：密封件、 端板和集流板等。而電堆是由多片單電池組成的結(jié)構(gòu)，電堆及其監(jiān)測(cè)單元(CVM)、外部封 裝、流體岐管總成叫燃料電池模塊。

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/strong>

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈：上游材料、部件、系統(tǒng)，下游整車(chē)生產(chǎn)

燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈主要包含上游（燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)及關(guān)鍵部件）和下游（整車(chē)生 產(chǎn)）兩大部分。與傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈相比，燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈主要新增了燃料電池系統(tǒng)和 車(chē)載供氫系統(tǒng)，其中燃料電池系統(tǒng)是核心結(jié)構(gòu)。

國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈狀況：廣泛布局，體量快速增長(zhǎng)

下游整車(chē)產(chǎn)業(yè)，大品類齊全，實(shí)際量產(chǎn)以商用車(chē)為主。商用車(chē)是目前中國(guó)燃料電池汽 車(chē)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品種類主要包括大中型客車(chē)、輕型客車(chē)、輕型貨車(chē)（物流車(chē)）。主 要參與企業(yè)包括宇通、中通、北汽福田、佛山飛馳、上海申沃、南京金龍、上汽大通、東 風(fēng)、奧新新能源等。另外，中國(guó)重汽已推出一款氫燃料電池港口牽引重卡。乘用車(chē)方面國(guó) 內(nèi)較早涉足的僅有上汽（榮威 950），近期發(fā)布燃料電池汽車(chē)乘用車(chē)樣車(chē)的企業(yè)包括武漢格 羅夫和愛(ài)馳汽車(chē)（甲醇燃料電池汽車(chē)），長(zhǎng)城、廣汽、奇瑞、吉利（甲醇燃料電池）等車(chē) 企規(guī)劃 3～5 年內(nèi)推出其燃料電池車(chē)型。但截至目前，燃料電池乘用車(chē)總體上均處于研發(fā) 驗(yàn)證階段。在產(chǎn)品路徑上，當(dāng)前中國(guó)以商用車(chē)產(chǎn)品為主，而日本和韓國(guó)以乘用車(chē)為主。

 

上游部件產(chǎn)業(yè)：主要部件總體實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有，部分尚存空白。燃料電池電堆、燃料電 池系統(tǒng)、車(chē)載高壓供氫系統(tǒng)等核心主要部件總體實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有。其中產(chǎn)業(yè)鏈比較密集的領(lǐng) 域有燃料電池電堆集成、燃料電池系統(tǒng)集成、大功率燃料電池汽車(chē)用 DC/DC、儲(chǔ)氫瓶、高 壓儲(chǔ)氫瓶用鋁合金；企業(yè)數(shù)量較少，產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)薄弱的領(lǐng)域有膜電極、雙極板、催化劑、 質(zhì)子膜；產(chǎn)業(yè)鏈尚屬空白的領(lǐng)域有炭紙、氣體擴(kuò)散層、氫氣循環(huán)泵、增濕器、碳纖維儲(chǔ)氫 材料、塑料儲(chǔ)氫材料、瓶口組合閥、高壓管路、減壓器等。鑒于無(wú)增濕燃料電池電堆已成 為發(fā)展趨勢(shì)，且中國(guó)新源動(dòng)力等企業(yè)也已研發(fā)出無(wú)增濕燃料電池電堆，增濕器目前產(chǎn)業(yè)空 白的影響可忽略。

實(shí)際量產(chǎn)中，依賴進(jìn)口的核心部件和關(guān)鍵基礎(chǔ)材料仍較多。受?chē)?guó)內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)能力依然 薄弱的影響，若追溯到關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心基礎(chǔ)零部件、元器件的層面，批量化產(chǎn)品的應(yīng) 用仍需依賴進(jìn)口。依賴進(jìn)口的原因主要有兩種，一種是國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈尚存空白；另一種是國(guó) 內(nèi)有供應(yīng)商，但產(chǎn)品性能或供應(yīng)商配套能力不能滿足要求。在燃料電池汽車(chē)核心部件方面， 中國(guó)目前主要掌握的是電堆和電堆系統(tǒng)的集成、車(chē)載儲(chǔ)氫瓶的集成。

生產(chǎn)和研發(fā)測(cè)試設(shè)備是較大短板。燃料電池試制及生產(chǎn)設(shè)備，如專用涂布機(jī)等，目前國(guó)內(nèi)有自行研發(fā)，但主要是企業(yè)自用，尚未形成通用產(chǎn)品。測(cè)試設(shè)備目前主要依賴進(jìn)口， 比如膜電極、高壓儲(chǔ)氫瓶、供氫閥件的測(cè)試設(shè)備主要來(lái)自加拿大 GREENLIGHT 公司、日 本 ESPEC 和德國(guó) CTS 公司等。另外，加氫站用設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)、各類管路和閥件以 及加氫槍等目前也主要依賴于國(guó)外進(jìn)口。其中站用壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)主要有美 HYDRO-PAC 公司、美國(guó) PDC 公司、德國(guó) Linde 公司，站用高壓儲(chǔ)氫罐代表生產(chǎn)企業(yè)為美國(guó) AP、美國(guó) CPI 公司，氫氣加注機(jī)主要由德國(guó) Linde 和美國(guó) AP 公司供應(yīng)。

近年產(chǎn)業(yè)集聚加速，初步形成幾大集聚區(qū)，有助于產(chǎn)業(yè)鏈的加速完善。截至 2019 年 2 月，中國(guó)燃料電池汽車(chē)相關(guān)企業(yè)數(shù)量近 250 家，其中近三年來(lái)相關(guān)企業(yè)數(shù)量增速加快， 并初步形成了長(zhǎng)三角、華南及環(huán)京幾大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。另外，中部、西部、東北一些電動(dòng)汽 車(chē)產(chǎn)業(yè)相對(duì)落后，或工業(yè)副產(chǎn)氫以及光電水電資源較為豐富以及氣候極寒等地區(qū)，也是布 局燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要區(qū)域。

 

大型企業(yè)集團(tuán)進(jìn)場(chǎng)，加快產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建和集聚。2017 年以來(lái)，上汽集團(tuán)、濰柴集團(tuán)、 長(zhǎng)城集團(tuán)、雪人股份等國(guó)內(nèi)大型企業(yè)紛紛調(diào)整業(yè)務(wù)戰(zhàn)略或增加業(yè)務(wù)板塊，快速布局氫能與 氫燃料電池核心零部件產(chǎn)業(yè)，其中上市公司超過(guò) 30 家。大型企業(yè)集團(tuán)進(jìn)入燃料電池核心 零部件產(chǎn)業(yè)，憑借資金實(shí)力和渠道優(yōu)勢(shì)以及大規(guī)模的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)投入加速產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建和 集聚，加快燃料電池汽車(chē)國(guó)產(chǎn)重要部件性能提升和規(guī)模化生產(chǎn)的時(shí)間表。

地方政府積極推動(dòng)，有助于產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步健全。截至 2020-05，全國(guó)有近 50 個(gè)省、 市、地區(qū)出臺(tái)相關(guān)規(guī)劃、政策，鼓勵(lì)當(dāng)?shù)貧淠芗皻淙剂想姵仄?chē)的發(fā)展。其中長(zhǎng)三角、珠 三角省市政策數(shù)量占地方政策總數(shù)的 60%左右，這些政策涉及加氫站建設(shè)補(bǔ)貼、車(chē)輛推廣 應(yīng)用補(bǔ)貼、氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、重點(diǎn)項(xiàng)目研發(fā)等諸多方面。多地區(qū)通過(guò)氫能小鎮(zhèn)、氫能產(chǎn)業(yè)園、 氫能科技園等多種形式，鼓勵(lì)氫能及氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展。

主要零部件及材料梳理

氫燃料電池主要由陽(yáng)極、陰極和質(zhì)子交換膜構(gòu)成，陽(yáng)極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰 極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。按照氫燃料電池的構(gòu)造劃 分，關(guān)鍵材料可以分為電堆材料和氫燃料電池系統(tǒng)材料。其中電堆材料包括膜電極材料、氣體擴(kuò)散層材料、雙極板材料、密封圈材料和端板材料五大類；氫燃料電池系統(tǒng)材料包括 儲(chǔ)氫瓶材料、壓縮機(jī)材料、氫循環(huán)系統(tǒng)材料和增濕器材料四大類。

電堆：仍需巨大努力

國(guó)外主要燃料汽車(chē)廠商如豐田、本田、現(xiàn)代等大多自行開(kāi)發(fā)電堆，加拿大的巴拉德和 氫能公司可以單獨(dú)提供車(chē)用電堆產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在能獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)電堆的企業(yè)有限，雖然已 經(jīng)達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)要求，但都正處于從小批量生產(chǎn)到產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵階段， 與國(guó)外相比還有很大的技術(shù)差距。 質(zhì)子交換膜：產(chǎn)品已經(jīng)商業(yè)化，成本品質(zhì)有待提升 在氫燃料電池的膜電極材料中，質(zhì)子交換膜最為關(guān)鍵，其作用是在反應(yīng)時(shí)，只讓陽(yáng)極 失去電子的氫離子(質(zhì)子)透過(guò)到達(dá)陰極，但阻止電子、氫分子、水分子等通過(guò)。全氟磺酸質(zhì)子交換膜材料具備機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、在低溫下電流密度大、高濕度下導(dǎo)電率 高、質(zhì)子傳導(dǎo)電阻小等特點(diǎn)，可以滿足氫燃料電池對(duì)膜電極的性能要求，是質(zhì)子交換膜材 料的主流，高溫膜、復(fù)合膜、堿性膜是未來(lái)發(fā)展方向。

全球全氟磺酸型膜的供應(yīng)商集中于美國(guó)、日本、加拿大。其中應(yīng)用最廣泛的是美國(guó)杜 邦公司的 Nafion 系列膜、Dow 化學(xué)公司的 Dow 膜和 3M 公司的 PAIF 全氟碳酸高溫質(zhì)子 交換膜;日本 AsahiChemical(旭化成)公司的 Aciplex 膜和 AsahiGlass(旭硝子)公司的 Flemion 膜;加拿大 Ballard 公司 BAM 膜。目前 Nafion 膜的售價(jià)一般在 500$/m2 以上，DOE 數(shù)據(jù)顯示 80kW 的燃料電池需要約 11.8m2 的質(zhì)子交換膜，質(zhì)子交換膜材料成本至少為 73.75$/kW。

我國(guó)已具備全氟磺酸型質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)化能力。東岳集團(tuán)質(zhì)子交換膜性能出色，年產(chǎn) 500t 的生產(chǎn)裝置已經(jīng)建成投產(chǎn)。目前，東岳 DF260 膜厚度可做到 15μm，在 OCV 工況下 耐久性大于 600h。武漢理工新能源公司、上海神力科技公司、新源動(dòng)力股份有限公司和 三愛(ài)富新材料科技有限公司都有全氟磺酸型質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)能力；在復(fù)合膜方面，武漢 理工新能源公司已向國(guó)內(nèi)外數(shù)家研究單位提供測(cè)試樣品；中科院大連化物所和上海交通大 學(xué)也在質(zhì)子交換膜的研究領(lǐng)域有所突破。隨著燃料電池批量化生產(chǎn)，預(yù)計(jì)質(zhì)子交換膜生產(chǎn) 成本會(huì)明顯下降。

催化劑：需要通過(guò)改善催化劑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)降本

催化劑是燃料電池的關(guān)鍵材料之一，其工作原理是作用于氫氣，促使電子離開(kāi)氫原子。 目前，燃料電池中常用的商用催化劑是 Pt/C，由納米級(jí)的 Pt 顆粒(3～5nm)和支撐這些 Pt 顆粒的大比表面積活性碳構(gòu)成。選用 Pt 是由于其為所有金屬材料中催化 HOR 和 ORR 性能最高的材料，而且滿足作為電極催化材料的其他要求(高導(dǎo)電率、高穩(wěn)定性、抗腐蝕等) ［14］。然而，Pt 是稀有金屬，昂貴的價(jià)格(目前 Pt 基催化劑在燃料電池電堆中所占的成本比例約為 50%)和極低的供應(yīng)量已成為燃料電池技術(shù)走向商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙。

燃料電池催化劑主要生產(chǎn)商為美國(guó)的 3M 公司、Gore 公司和 E-TEK 公司，英國(guó)的 JohnsonMatthery(莊信萬(wàn)豐)公司，德國(guó)的 BASF 公司，日本的 Tanaka(田中貴金屬)公 司和 TKK 公司，比利時(shí)的 Umicore 公司等。本田 FCVClarity 燃料電池汽車(chē)催化劑 Pt 含 量已經(jīng)降至 0.12g/kW，豐田 Mirai 燃料電池汽車(chē)催化劑 Pt 含量為 0.175g/kW。目前，我國(guó)催化劑企業(yè)還未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的實(shí)質(zhì)性突破。貴研鉑業(yè)股份有限公司、武漢 喜瑪拉雅光電科技股份有限公司、中科院大連化物所具備小規(guī)模生產(chǎn)的能力，中科院長(zhǎng)春 應(yīng)用化學(xué)所、天津大學(xué)和中山大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行積極的產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)。

氣體擴(kuò)散層：國(guó)內(nèi)基材落后較大，產(chǎn)業(yè)化水平有待提升

氣體擴(kuò)散層位于氣體流場(chǎng)層與催化層之間，主要作用是為參與反應(yīng)的氣體和生成的水 提供傳輸通道并支撐催化劑，其性能對(duì)燃料電池的性能產(chǎn)生直接影響。氣體擴(kuò)散層由碳布 /碳網(wǎng)和防水劑聚四氟乙烯材料構(gòu)成，滿足高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、高孔隙度、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)致 密且表面平整的特點(diǎn)。

氣體擴(kuò)散層的碳紙/碳布由碳纖維布、非織造布、碳黑紙及碳纖維紙 作為基體材料構(gòu)成，成本占整個(gè)燃料電池成本的 20%～25%。氣體擴(kuò)散層行業(yè)由幾個(gè)國(guó)際大公司壟斷。目前全球的材料供應(yīng)商僅有日本 Toray(東麗) 公司、加拿大 Ballard 及德國(guó) SGL 三家。Toray 目前占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，且擁有較多的 碳紙相關(guān)專利，生產(chǎn)的碳紙具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、高氣體通過(guò)率、表面平滑等優(yōu)點(diǎn)。但 Toray 碳紙的脆性大，因此不能連續(xù)生產(chǎn)，導(dǎo)致其難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瑯O大地限制了供應(yīng)量 的增長(zhǎng)。 我國(guó)是碳纖維紙需求大國(guó)，然而，受供應(yīng)不足的影響，近年來(lái)國(guó)內(nèi)碳纖維紙市場(chǎng)發(fā)展 相對(duì)較為緩慢。我國(guó)對(duì)碳紙的研發(fā)主要集中于中南大學(xué)、武漢理工大學(xué)以及北京化工大學(xué) 等高校，上海和森公司已有小批量碳紙產(chǎn)品供貨。

雙極板：核心難度在于設(shè)計(jì)

雙極板在燃料電池中主要起輸送和分配燃料的作用，在電堆中負(fù)責(zé)隔離陰陽(yáng)兩極的氣 體，目前廣泛采用的雙極板材料有石墨板、金屬板及復(fù)合材料板。

雙極板約占整個(gè)燃料電 池質(zhì)量的 60%，占成本的 13%。主要功能有連接單體模塊、分隔反應(yīng)氣體、收集電流、 散熱和排水等。其基體材料需具有強(qiáng)度高，致密性好，耐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好等特點(diǎn)， 材料的選擇將直接影響燃料電池的電性能和使用壽命。

石墨雙極板

石墨雙極板目前最成熟，金屬與復(fù)合材料雙極板有較大的發(fā)展空間。石墨雙極板主流 供應(yīng)商有美國(guó) POCO 公司、SHF 公司、Graftech 公司，日本的 FujikuraＲubber 公司、 KyushuＲefractories 公司，英國(guó) Bac2 公司，加拿大 Ballard 公司等。 我國(guó)的石墨雙極板廠商主要有廣東國(guó)鴻氫能科技有限公司、中鋼集團(tuán)安徽天源科技股 份有限公司、杭州鑫能石墨有限公司、江蘇神州碳制品有限公司、江陰滬江科技有限公司、 淄博聯(lián)強(qiáng)碳素材料有限公司、上海喜麗碳素有限公司、上海弘楓實(shí)業(yè)有限公司、上海弘竣 實(shí)業(yè)有限公司等企業(yè)，但國(guó)產(chǎn)石墨雙極板缺乏耐久性和工程化驗(yàn)證。

金屬雙極板

金屬雙極板最有可能替代石墨雙極板，表面改性的多涂層結(jié)構(gòu)是金屬雙極板的主要發(fā) 展方向。目前，金屬雙極板主要供應(yīng)商有瑞典 Cellimpact 公司，德國(guó)的 Dana 公司、 Grabener 公司，美國(guó)的 treadstone 公司等。 國(guó)內(nèi)主要有上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司、新源動(dòng)力股份有限公司、上海治臻新能源裝 備有限公司等企業(yè)。復(fù)合材料雙極板兼具石墨材料的耐腐蝕性和金屬材料高強(qiáng)度的特性， 預(yù)計(jì)未來(lái)將向低成本化方向發(fā)展。美、英復(fù)合材料雙極板處于世界先進(jìn)水平，主要企業(yè)有 英國(guó)的 Porvair 公司和美國(guó)的 OＲNL 公司。而我國(guó)相關(guān)企業(yè)起步較晚，目前仍處于研發(fā)試制階段。主要研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)有安泰科技、武漢理工大學(xué)、愛(ài)德曼公司、新源動(dòng)力股份 有限公司和中科院大連化物所等。

密封膠：作為新的產(chǎn)品剛剛起步

燃料電池各部件的集成力與緊湊性直接影響電堆的性能。密封膠是電堆內(nèi)部的主要承 力與傳力部件，作用是實(shí)現(xiàn)電堆的緊湊性布置和整體密封，直接影響燃料電池的電化學(xué)性 能。密封墊片置于電堆的各單元之間，在保證氫、氧和水的通路的前提下，防止氫和氧的 泄漏。密封墊片可在燃料電池制造的最后工序中與電池單元一體加工成形。2014 年日本三井化學(xué)試制出了燃料電池密封墊圈的液態(tài) EPT 橡膠(三元乙丙橡膠)， 這種橡膠耐酸堿性強(qiáng)，能與金屬一體成形，與普通的乙丙橡膠相比成形(交聯(lián))時(shí)間更短。日本住友理工公司在“人與車(chē)科技展 2015”上展出其為豐田燃料電池汽車(chē)“Mirai”提供的燃料 電池用橡膠制黏結(jié)材料，即“電池單元用密封墊片”。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域還處于起步階段。2017 年 7 月 21 日中科院大連化物所研發(fā)成功一 款應(yīng)用于燃料電池上的高精密氟橡膠密封墊，并由此開(kāi)啟了與寶馬汽車(chē)合作的序幕。杜科 新材料有限公司研發(fā)成功氫燃料電池雙極板組裝用粘接密封膠和雙極板用石墨微孔堵漏 膠，已經(jīng)為國(guó)內(nèi)外多家氫燃料電池企業(yè)供貨。

緊固件：承接汽車(chē)制造工藝，與海外差距不大

燃料汽車(chē)緊固件是其工業(yè)的重要組成部分，也是燃料汽車(chē)工業(yè)發(fā)展最為重要的基礎(chǔ)。通常僅在主機(jī)廠裝配的汽車(chē)零部件數(shù)量就超過(guò) 1500 個(gè)，而所有散件總和超過(guò) 2 萬(wàn)個(gè)。某種程度上講，汽車(chē)零部件的質(zhì)量決定了汽車(chē)整個(gè)生命周期質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。

空壓機(jī)：市場(chǎng)仍海外壟斷

空壓機(jī)在氫燃料電池系統(tǒng)中起著重要的作用，屬于關(guān)鍵零部件。與傳統(tǒng)工業(yè)用空壓機(jī) 不同，氫燃料電池空壓機(jī)要求可靠性高、壽命長(zhǎng)、排氣無(wú)油、低噪聲、輕量化、小型化、 低成本、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。目前，氫燃料電池空壓機(jī)市場(chǎng)基本被國(guó)外品牌所壟斷（日本 豐田，美國(guó) UQM,美國(guó)蓋瑞特等），國(guó)內(nèi)對(duì)此類空壓機(jī)的研究起步較晚，產(chǎn)品可靠性差， 性能不穩(wěn)定，目前仍處在研發(fā)和小批量試制階段。而國(guó)外氫燃料電池空壓機(jī)因研發(fā)較早， 產(chǎn)品可靠性高，性能穩(wěn)定，但價(jià)格昂貴，一臺(tái)單價(jià)動(dòng)輒 10-30 萬(wàn)，已經(jīng)成為氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。

循環(huán)泵：仍是海外供應(yīng)商主導(dǎo)市場(chǎng)

氫氣循環(huán)泵是氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件，發(fā)揮著提高燃料利用率、確保氫安全 (氫氣溢出在外界環(huán)境中引起不安全因素)等重要作用。對(duì)于氫氣循環(huán)泵而言，要做到密封 設(shè)計(jì)好（氫氣容易泄露）、耐水性強(qiáng)（經(jīng)過(guò)電堆反應(yīng)后剩余的氫氣帶有少量水蒸氣）、流量 大（適應(yīng)大功率電堆）、壓力輸出穩(wěn)定（低壓轉(zhuǎn)為高壓）、無(wú)油（保證氫氣純度）等，技術(shù) 難度相較于傳統(tǒng)氣體循環(huán)泵要高很多。

國(guó)外品牌以德國(guó)普旭為主，占據(jù)國(guó)內(nèi)約 90%的市場(chǎng)份額。普旭是一家德國(guó)公司，產(chǎn)品 在瑞士生產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)上海擁有全資子公司。普旭氫氣循環(huán)泵采用爪式，與豐田旗下子公司 豐田自動(dòng)織機(jī)、日本公司 Ougra 等技術(shù)路線類似。

目前國(guó)內(nèi)也有個(gè)別企業(yè)在小批量供貨氫氣循環(huán)泵。供貨數(shù)量少，沒(méi)有品牌，還不能稱 之為嚴(yán)格意義上的產(chǎn)品。濟(jì)南壓力機(jī)廠家了解到，技術(shù)路線方面，有企業(yè)跟隨普旭爪式路線的，也有企業(yè)依托自身 優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)渦旋式的，還有企業(yè)研發(fā)類似羅茨式。如果加上研發(fā)樣機(jī)的及送樣測(cè)試的，意圖 分享氫氣循環(huán)泵市場(chǎng)蛋糕的約 7-8 家。

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