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氢燃料电池能否成为汽车动力电池的下一条“赛道”?
发布时间:2019-08-30 15:06:19

氢燃料电池能否成为汽车动力电池的下一条“赛道”?


正确的技术路线选择和技术升级是中国动力电池企业的核心竞争力。例如,比亚迪是磷酸铁锂电池红利受益者;宁德时代是三元电池红利的受益者。目前,国内氢燃料电池行业投资也逐步升温,走的是国人熟悉的逆向开发的老路子,拿不到核心技术,离产业化仍有距离。但从国家能源战略角度来看,可能跟汽车工业一样是下个输不起的“赛道”。


从全球氢燃料电池汽车发展来看,氢燃料电池已经基本能够达到商用水平,但成本仍然偏高,基础设施也有待完善,但这些问题随着生产规模扩大,投入巨大资源的增多会逐步解决。


1)氢燃料电池并非全新技术,经历几次商业化浪潮和不断技术进步,氢燃料电池已经逐步进入民用市场。


早在上世纪60-70年代,氢燃料电池就已经应用到航空和军工领域,由于石油危机爆发,民用氢燃料电池受到一段时间热捧,但终因为技术不成熟,难以商业化而退潮。在2000年前后以巴拉德为代表的燃料电池厂商,开始推出燃料电池电站,在非洲、北美等多地运用良好,这一阶段受到了市场热捧,大量资本涌入,巴拉德股价也飞涨,但由于成本高,大规模商业化仍然存在较大问题。就在此时,基于国家能源战略角度出发,日本提出了氢能社会,逐步加大了在燃料电池领域的研发,在2009年,开始推广家用燃料电池,此后燃料电池在日本国内燃料电池商业化迈上了快速发展阶段,随着2013-2015年量产氢燃料电池车型的推出,氢燃料电池被推到风口浪尖。


图表1 氢燃料电池三次发展浪潮

资料来源:玖牛投资


虽然氢燃料电池经历了两次发展浪潮,都没有实现大规模商业化,而本次丰田推出量产燃料电池汽车,并积极开拓海内外市场,在日本国内已经建立百座加氢站。日本在国内已经推广了近3000台燃料电池汽车,2020年将产量提升到20000台。这些信息表明燃料电池技术已经接近成熟,商业化已经临近。从产业发展阶段来看,氢燃料电池汽车处于导入期,技术仍待完善,成本高。


图表2 全球氢燃料电池汽车销量(台)

资料原来:玖牛投资


现代、丰田、本田量产车已经证明氢燃料电池已经能够满足车用要求。


功率密度和续航是氢燃料电池关键参数,日韩在这方面取得了重大进展。丰田和本田燃料电池技术最近10年取得飞速发展,功率密度从1.4kW/L增长到3.1kW/L,使得氢燃料电池能够装入汽车,不影响整车设计。据丰田相关技术人员介绍,丰田将在2020年推出第二代Mirai车型,燃料电池系统性能将进一步提升。整车由于高温、低温、震动等特殊环境,对燃料电池耐久性、可靠性要求更高,早期氢燃料电池只能在固定或者封闭的环境中使用,如家用、电站备用等均已经有一定规模商用。目前丰田在运行的数千辆Mirai没有出现大规模性能衰减,验证了氢燃料电池能够满足车辆运行的苛刻环境。


图表3 丰田燃料电池技术参数

资料来源:丰田公司,玖牛投资


从目前三款量产车型来看,其基本参数达到了日常用车要求,续航、功率、加速、充氢时间等均能满足日常需求。价格方面,这三款车作为中端车型,价格高于常规车型。随着技术提升,这些参数可以进一步提升,如下一代储氢罐压力提升到95Mpa(在一两年内推向市场),同样体积储氢罐储氢量将提升35%,意味着续航提升35%左右。另外在核心电堆技术方面,新的技术将进一步提升功率密度和效率,综合性能将进一步提升。由于铂金属(氢燃料电池堆关键材料)储量少,价格高,氢燃料电池汽车必须使用更少的铂或者替代材料。目前提高铂活性,降低用量方面已经取得非常大突破,预计未来还会有进一步降低。替代材料的研究也有非常大突破,未来氢燃料电池堆铂的依赖会逐步降低。


图表4 丰田、本田、现代燃料电池量产车性能对比

资料来源:公开资料,玖牛投资


2)降低成本是氢燃料电池汽车大规模量产解决的第一要务。


由于氢燃料电池汽车核心成本在电池系统,电池系统成本占据整车将近60%成本,降低燃料电池系统成本,是目前燃料电池必须突破的关键条件。根据DOE研究机构数据显示,氢燃料电池在近10年来,成本出现了下降,较10年前降低超过50%。根据DOE预测,氢燃料电池成本规模效应在未来不断增强,50万台产量规模将使成本降低至现在的一半。核心组件电堆催化剂用铂量大幅降低,关键材料生产工艺优化,材料改进,也能进一步氢燃料电池成本。


图表5 氢燃料电池系统成本

资料来源:DOE,玖牛投资


3)制氢、储氢是氢燃料电池汽车推广重要障碍。


目前日本、美国、德国均在加大力度推动加氢站建设和配套产业培育。相比于纯电动汽车充电站而言,加氢站建设成本更高,基础配套完善度远不如充电站。目前,单座加氢站建设成本超过5000万元,其成本远高于同类别充电站。加氢站成本高,同时制氢能耗高,导致氢燃料成本偏高,弱化了其经济性。


图表6 全球加氢站数量

资料来源:玖牛投资


启示:中国新能源汽车采取锂电池技术路线,主要原因是中国锂电池技术储备充足,产业配套完善,发展更容易。在氢燃料电池方面,中国远远落后于日本。


从国家层面来看,多元化路线更能保障能源安全,中国不会轻易放弃氢燃料电池技术路线。从产品技术层面来看,锂电池仍然存在不足,长续航,意味着质量大大幅增加,降低能源经济性,但锂电池充电方便,且便宜,日常通勤及短距离行驶更具能源经济性。氢燃料电池,采用氢气作为储能介质,质量轻,能量高,更适合长续航的要求。因此未来氢燃料电池和锂电池会长期并存,互为补充。


氢云链认为,在政策扶持下,国内各科研院所及企业在氢燃料电池领域的投入不断加大,在核心技术方面不断突破,电池堆、储氢罐、制氢等技术方面不断提升,拉小了与日本差距。从早期汽车工业、光电半导体工业引进失败经验来看,中国氢燃料电池产业需要大力自主创新,掌握核心技术(电堆、储氢等),才能形成真正竞争力。


稿件来源: 氢云链
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