目前已有多个国家制定全面的国家氢能战略，全球各国陆续推出政策支持氢能的产业发展，其中，欧洲、美国、中国、日本和韩国等经济和科技较为领先的国家已规划了明确的发展目标，发展路线清晰，政策力度较强。

根据中国氢能联盟的预计，2020年至2025年间，中国氢能产业产值将达1万亿元，2026 年至2035年产值达到5万亿元。

氢燃料电池是氢能应用的重要分支，也是新能源行业的细分领域之一。氢燃料电池的发展天花板很高，短期也无法证伪，相关概念股时不时会在A股炒作一番。

今天就简要分析一下氢燃料电池产业链。

根据电解质的不同，常用的燃料电池可以分为五大类：质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和磷酸燃料电池。

质子交换膜氢燃料电池可以在相对较低的温度（大约80℃）下运行，使得其能够更快的启动、对其他部件损害小，因此拥有更长的使用寿命，还具有较高的能量密度，较轻的重量和较小的体积，是最主流的汽车燃料电池的技术路线。因此，下文主要围绕质子交换膜氢燃料电池展开。

氢燃料电池工作原理

燃料电池是一种将燃料如氢气、天然气和氧化剂不经过燃烧过程直接以电化学反应的方式，把化学能直接转化为电能的高效发电装置。而氢燃料电池所用的燃料就是氢气。

如上图所示，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。

虽然名字里也有电池这两个字，但与传统电池不同，燃料电池是发电设备而不是储能设备。（也许燃料发电机这个名字更贴切）

燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制，因而能量转化效率高。燃料电池系统的燃料-电能的转换效率一般在45%～60% ，高于汽车发动机的热效率，也高于火力发电和核电的约35%～45%的效率。

氢燃料电池产业链

整个氢燃料电池产业链较长，环节很多，可以分成三大块：

上游：制氢、储氢、运氢、加氢；

中游：氢燃料电池及系统；

下游：氢燃料电池的应用。

上游：制氢、储氢、运氢、加氢

1、制氢

根据不同的制备技术以及制备过程中环保程度的高低，一般将氢分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢：煤气化、天然气裂解和甲醇重整技术生产，生产过程中排放大量二氧化碳；蓝氢：在灰氢制备过程中经过碳捕捉、利用和封存处理后的产物。绿氢：可再生能源发电电解水而产生的氢气，生产过程中仅消耗水与风电、水电或者太阳能等清洁电能。现有技术水平和产业规模情况下，绿氢的生产成本高于灰氢、蓝氢，但绿氢有着更大发展潜力。

化石能源制氢以煤制氢和天然气制氢两种方式，是国内目前的主流制氢方式，占比分别达到了64%和14%，也是成本最低的制氢方式。蓝氢是一种过渡方式，发展绿氢是未来主要的方向，目前国内占比不到1%，电解水制氢成本较高，电力成本占比最大，达到40%-80%，等可再生能源占比继续提升，促使电解水制氢进一步下降后有望得到大范围推广。

2、储氢

储氢方式可分为：压缩气态储氢、低温液态储氢、液氨/甲醇储氢、吸附储能（氢化物/LOHC）等。

压缩液态储氢：技术难度低、初始投资成本低，目前在国内外广泛应用。

低温液态储氢：在国外应用较多，国内以航空领域为主，民用领域尚未规模推广。

液氨/甲醇储氢和吸附储能（氢化物/LOHC）：国外已有产品和项目，国内产业化极少。

目前，国内氢的储运技术在能效性、安全性上尚未完全解决。目前普遍采用高压气氢储运方式，储氢密度低、压缩能耗高且储氢罐安全设计冗余带来的材料成本较高。

目前车用高压储氢瓶的国际主流技术通过以铝合金/塑料作为内胆，外层则用碳纤维进行包覆（即III型、IV型瓶），提升氢瓶的结构强度并尽可能减轻整体质量。国外氢燃料电池汽车已经广泛使用70MPa碳纤维缠绕IV型瓶；目前我国车载储氢方式大多为35MPa碳纤维缠绕III型瓶，70MPa碳纤维缠绕III型瓶也已少量用于国产汽车中。

3、运氢

运输方式与储氢的技术方案紧密相关。目前国际上主要氢气储运技术包括气态储运（长管拖车、管道）、液氢储运、氢载体储运和固态储运。在实际应用中，可根据运输距离和运输规模，选择最经济的储运氢技术。

气态储运氢环节涉及的核心技术装备主要有长管拖车用高压管束储氢瓶与管道。

低温液态储运氢涉及的核心技术装备主要有氢液化装置与液氢储罐。

有机液体储运氢涉及的核心技术装备主要有供热脱氢装置。

现阶段，中国普遍采用20MPa气态高压储氢与集束管车运输的方式。随着用氢规模扩大、运输距离增长，提高气氢运输压力或采用液氢槽车、输氢管道等方案才能满足高效经济的要求。

4、加氢

加氢站是氢燃料电池产业化、商业化的重要基础设施。从站外运达或站内制取纯化后的高纯氢气，通过氢气压缩系统压缩至一定压力，加压后的氢气储存在固定式高压容器中。当需要加注氢气时，氢气在加氢站固定高压容器与车载储氢容器之间的高压差的作用下，通过加注系统快速充装至车载储氢容器。

截至到2021年，中国累计建成147座加氢站，其中已投运136座，在建加氢站71座，规划中有117座，2025年目标累计为1000座。

国内现阶段主要为外供氢高压氢气加氢站，建设一个日均加氢500kg的35MPa固定式加氢站的建设成本约为1200万元，其中压缩机成本占比最高。

中游：氢燃料电池及系统

氢燃料电池-电堆系统是氢能车的心脏：电堆主要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层，以及其他结构件等组成。氢燃料电池系统占整车成本约40%，电堆占燃料电池系统成本约62%，因此降低电堆成本是燃料电池汽车商业化的关键。

目前国外车企大多自行开发燃料电池电堆 ：例如丰田、现代、本田等，有少数采用合作伙伴的电堆来开发的车企，例如奥迪和加拿大巴拉德，奔驰和福田，国内目前独立自主开发电堆的企业是上海神力科技和大连新源动力。

燃料电池堆主要是由单燃料电池构成，单燃料电池又包括双极板、密封圈、膜电极（MEA），其中膜电极包括质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。

膜电极组件（MEA）是保证电化学反应的核心，MEA是将质子交换膜、催化层电极、扩散层在浸润 Nafion 液（全氟磺酸型聚合物溶液）后，在一定温度和压力下，热压而成的三合一组件，是保证电化学反应能高效进行的核心，其制备技术不但直接影响电池性能，而且对降低电池成本、提高电池比功率与比能量至关重要。

高性能的膜电极需要具备以下特征：①能够最大限度减小气体的传输阻力，即最大限度发挥单位面积和单位质量的催化剂的反应活性；②形成良好的离子通道，降低离子传输的阻力；③形成良好的电子通道；④气体扩散电极应该保证良好的机械强度及导热性；⑤膜具有高的质子传导性，有很好的化学稳定性和热稳定性及抗水解性。

主流供应商有美国3M、美国杜邦、W.L. Gore&Associates、日本旭硝子、英国JM、德国Solvicore等。

质子交换膜（PEM）是MEA组件核心部件之一，电解质膜的作用是允许质子通过而阻止未电解的燃料和氧化剂渗透到对方。目前使用的质子交换膜均采用全氟化聚合物材料合成，该材料稳定性好、使用寿命长，但是它的开发和生产难度很大，制造成本过高，售价昂贵。为了获得稳定而廉价的燃料电池，质子交换膜是最大的瓶颈和未来必须突破的领域。

代表厂家Gore公司的Gore Select增强型质子交换膜、杜邦公司的Nafion系列、Solvay公司的Aquivion系列，还有美国Dow 、日本Aciplex以及Flemion系列膜。国内主要的膜材料公司有山东东岳化工、江苏科润以及汉丞新材料等。

双极板是燃料电池电堆一种核心零部件，主要作用为支撑MEA 、提供氢气、氧气和冷却液流体通道并分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量。目前常见的BPP材料有石墨、复合材料和金属。丰田Mirai、本田Clarity和现代NEXO等乘用车均采用金属双极板，而商用车一般采用石墨双极板。

催化剂是氢燃料电池电堆成本占比最高的核心部件之一：催化是使电极与电解质界面上的电荷转移反应得以加速的催化作用，电催化反应速度不仅由电催化剂的活性决定，而且与双电层内电场及电解质溶液的本性有关。催化层是发生电化学反应的场所，是电极的核心部分。

目前氢燃料电池的催化剂主要为三个大类：铂（Pt）催化剂、低铂催化剂和非铂催化剂。Pt作为催化剂可以吸附氢气分子促成离解，是目前商用的首选；但Pt稀缺性强，我国储量也不丰富，减少铂基催化剂用量是降低燃料电池系统商用成本的重要途径。

目前，我国的催化剂市场基本海外企业占据，国内企业还处在小批量或研发阶段。国内外燃料电池催化剂技术差距较大，其中铂族金属载量海外已经进展到0.06g/kw，0.35mg/cm2；国内为0.3g/kw，0.16mg/cm ；活性衰减方面，海外已经实现3万次循环后衰减在5%以内；国内3千次循环后衰减达到86%。

气体扩散层的主要作用是支撑催化层，传递反应气体与产物，并传导电流。基材通常为多孔导电的材质，如炭纸、炭布，且用PTFE等进行憎水处理构成气体通道。目前市场上商业化的气体扩散层基材供应商主要包括日本Toray、德国SGL与Freudenberg 、加拿大Ballard。

空压机是氢燃料电池系统的关键部件之一。空压机在做功过程中，效率、进出压缩比是性能的重要指标。目前燃料电池系统使用的空压机主要包括离心式空压机、罗茨式空压机和螺杆式空压机，其中离心式空压机是主要的发展方向。

从国产化率方面来说，空压机是燃料电池关键部件中国产化程度较高的一款。据势银（TrendBank）统计，相对于其它产品而言，空压机已经较早的实现了全功率段国产化，目前国产化率接近100% 。国内主要供应商有势加透博、金士顿科技、东德实业、德燃动力、雪人股份、广顺新能源、稳力科技、汉钟精机等企业。

氢循环装置是氢燃料电池系统的关键部件之一。对于燃料电池发动机来说，氢气是否能高效循环反应，是动力能否顺畅输出的关键。

现阶段氢循环产品主要有氢气循环泵、氢气引射器等产品。系统厂家根据各自产品的设计需求，有单纯采用氢循环泵的，也有部分厂家采用氢气引射器，还有部分系统供应商并未采用氢气循环系统。2020年国内氢循环系统有引射器和氢循环泵两种产品，其中氢循环泵是主流，引射器使用量有所增长。

按照技术路线的不同，国内企业涉足氢气循环泵的有东德实业、瑞驱电动、雪人股份、汉钟精机、南方德尔、济南思明特、浙江恒友等；而涉足引射器的公司则主要有鸾鸟电气、浙江宏昇、未势能源等企业。

下游：氢燃料电池的应用

燃料电池主要有三大类应用场景：固定电源、交通运输和便携式电源。

交通动力应用是目前关注度最高的燃料电池应用领域。交通运输市场包括为乘用车、巴士、客车、叉车及其他以燃料电池作为动力的车辆提供的燃料电池，例如特种车辆、物料搬运设备和越野车辆的辅助供电装置等。

根据《中国氢能发展报告2020》测算，氢燃料电池商用车将率先实现产业化的应用与运行，除了政策的激励效应之外，氢燃料电池客车、物流车、重卡等车型将在2030年前取得与纯电动车型相当的全生命周期经济性。

燃料电池车一般主要由以下部分组成：燃料电池电堆、储氢罐、驱动电机、动力电池、电力电子控制器、DC/DC（将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压）、热管理（冷却）系统、变速器等。燃料电池车核心部件为燃料电池电堆，而大量的零部件与纯电动汽车相类似。

氢燃料电池汽车工作原理：氢气与氧气在燃料电池电堆中进行反应，释放的能量转化为电能。燃料电池电堆与电池一起协同工作，为电机提供电能，而电机则作为动力源为车辆提供动力，驱动车辆行驶。

燃料电池车的工作模式主要有燃料电池模式、辅助模式、充电模式和能量回收模式四种。

燃料电池模式：电机全部功率由燃料电池供应。

辅助模式：燃料电池和动力电池一起对电机输出功率。

充电模式：燃料电池发出的电量为电池充电。

能量回收模式：电机制动回收能量充入动力电池。

中国氢能在交通领域的应用遵循氢燃料电池商用车先发展，氢燃料电池乘用车后发展的特点。当前氢燃料电池汽车的主要示范应用集中在物流、客车等领域。

过去的十多年里，在产业补贴和国家支持政策等措施激励下，中国氢燃料电池客车、物流车等商用车的应用已经领先于其他氢燃料电池汽车。未来的20-30年，随着质子交换膜燃料电池的技术突破与规模效应带来的成本下降，氢燃料电池重卡、乘用车等车型的市场化进程将加快。

在乘用车领域，国际厂商布局和量产应用较早。目前已到量产阶段的燃料电池乘用车主要包括现代NEXO Blue 、丰田Mirai 、本田Clarity 等。

近年来，我国燃料电池乘用车的市场得到初步发展。目前上汽大通EUNIQ 7、北汽EU7 FC、广汽Aion LX FC等车型已量产或计划上市。

小结

电动汽车已经完成了由导入到提速并最终放量的完整市场发展阶段。氢燃料电池汽车行业起步较晚，现阶段该行业已经在“十城千辆”及以奖代补政策下完成了初期导入。

我国燃料电池系统发展初期主要依赖国外的产品与技术，因此系统电堆成本居高不下。随着我国燃料电池系统厂家加大在研发方面的投入，在燃料电池系统成本中占比60%的燃料电池堆成本已下降，带动燃料电池系统成本进一步下降。同时，燃料电池系统市场研发技术水平的整体提高及开始批量生产，也将带动膜电极和双极板成本下降。

根据灼识咨询预计，到2025年我国燃料电池系统成本将降至2200元/KW ，相比2020年下降63.3%。2016年-2025年我国燃料电池系统及电池电堆成本呈现明显下降趋势。2016年我国燃料电池系统成本1.7万元/KW，2020年燃料电池系统成本降至6000元/KW，预计2025 年将降至2200元/KW，在2020年基础下继续下降63.3%。

随着国产化替代加速，燃料电池系统成本下降空间仍较大，氢燃料电池汽车有望加速进入提速发展阶段。

参照中国汽车工程学会《节能与新能源汽车技术路线图2.0》制定的发展规划，到2020/2025/2030年，氢燃料电池汽车的保有量将分别达到8000-10000辆/5万-10万辆规模/80万-100万辆，保有量的增长空间达十年百倍。

氢燃料电池汽车与电动汽车因同属新能源汽车赛道，具有较高发展共性，相关产业链极有可能存在巨大的投资机会。下图是产业链相关的一些上市公司，可以跟踪关注：

周末愉快~

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