4、 氢燃料电池汽车拉开氢能商业化利用序幕
4.1 燃料电池是氢能高效利用的重要途径，交通领域成长性最强
氢燃料电池原理是氢与氧结合生成水的同时将化学能转化为电能和热能，该过程 不受卡诺循环效应的限制，理论效率可达 90%以上，具有很高的理论经济性。氢气 进入燃料电池的阳极，在催 化剂的作用下分解成氢离子和电子。随后，氢离子穿过 隔膜到达阴极，在催 化剂作用下与氧气结合生成水，电子则通过外部电路向阴极移 动形成电流。不同于铅酸、锂电等储能电池，燃料电池类似于“发电机”，且整个过程 不存在机械传动部件，没有噪声和污染物排放。
交通领域氢能成长性最强
燃料电池在交通领域具有最强增长潜力。从全球来看，燃料电池主要运用于固定 式电源、交通运输和便携式电源三大类领域。既适用于集中发电，建造大中型电站和 区域性分散电站，也可用作各种规格的分散电源。交通运输领域包括为乘用车、巴士 /客车、叉车以及其他以燃料电池作为动力的车辆，目前来看，随着国家氢能产业的 推进和技术的成熟，交通领域应用的商业化进程正在加速，且交通运输领域成长性最 强。据 E4Tech 数据，2019 年全球交通运输用燃料电池出货量为 0.908 GW，近五年 年均复合增速达 41.2%，其占全球燃料电池出货量的比例从 2015 年的 38.2%提升至 80.3%，燃料电池在交通运输领域的应用保持高速增长。
中国燃料电池汽车销量高速增长，但保有量仍处于较低水平
受补贴退坡的影响，2019 年中国新能源汽车整体产销出现大幅收缩，但燃料电 池汽车却呈现高速增长的局面，2019 年燃料电池汽车销量为 2737 辆，同比增加 79.2%。2020 上半年，我国燃料电池汽车销量为 403 辆，同比下降 63.4%。由于目 前燃料电池汽车在我国仍处于试点示范阶段，订单来自政府采购，且以商用为主，保 有量相比同为新能源的纯电动车，基数仍处于较低水平。按照燃料电池发展白皮书， 到 2030 年，我国燃料电池汽车保有量达到 200 万辆水平，到 2050 年，保有量水平 达到 1000 万辆水平。
乘用车发展缓慢，发展集中于商用车
我国车载燃料电池车以商用车和专用车主导。从今年初至今 11 个批次新能源汽 车推广目录来看，其中燃料电池汽车车型以客车及专用车为主，燃料电池乘用车车型 仅 1 款。
与国际燃料电池汽车发展相比，国内燃料电池乘用车产业化发展缓慢。主要由 于两方面的原因，一方面，我国燃料电池堆的技术水平还达不到乘用车的水准，经济 性方面仍无法与目前的燃油车、纯电车相媲美。另一方面，燃料电池车的推广离不开 加氢站的建设。加氢站配套的不足直接导致下游需求的弱化，车企没有动力向乘用车 领域进行研发和推广。
4.2 燃料电池系统期待技术突破和规模效应
电堆是燃料电池心脏，占据燃料电池系统一半成本
在燃料电池车中，燃料电池系统由燃料电池组和辅助系统组成。燃料电池堆是核 心部件，它将化学能转化为电能为汽车提供动力。燃料电池系统除燃料电池堆外，还 有四个辅助系统：供氢系统、供气系统、水管理系统和热管理系统。供氢系统将氢从 氢气罐输送到燃料电池堆；由空气过滤器、空气压缩机和加湿器组成的供气系统为燃 料电池堆提供氧气；水热管理系统采用独立的水和冷却剂回路来消除废热和反应产物 （水）。通过热管理系统，可以从燃料电池中获取热量来加热车辆的驾驶室等，提高 车辆的效率。燃料电池系统产生的电力通过动力控制单元（“PCU”）传到电动机，在 电池的辅助下，在需要时提供额外的电力。
从成本端来看，系统中最核心的部分是燃料电池电堆和空压机，根据 DOE 对 80KW 系统的成本测算，在年产 50 万套的规模化条件下，电堆已占据燃料电池系统 约一半成本，而空压机占比超过四分之一，这两部分也是降低燃料电池系统综合成本 的关键。
燃料电池堆与关键材料：国内电堆技术水平存在差距
对比国内外燃料电池电堆，国内电堆在核心材料与关键技术方面仍存在短板，也 是造成燃料电池电堆成本居高不下的主要原因，其中膜电极层三大关键材料 P/t 催 化 剂、质子交换膜、碳纸主要依赖进口，国产材料尚无法满足高性能燃料电池电堆使用 需求；集流体双极板方面，石墨双极板经过多年开发已以国外技术水平相当，但低成 本、轻薄的金属双板开发仍为空白。
1）催 化 剂（catalyst）
催 化 剂是膜电极的关键材料之一，其作用是降低反应的活化能，促进氢、氧在 电极上的氧化还原过程、提高反应速率。目前，燃料电池中常用的商用催 化剂是 Pt/C 催 化剂，由 Pt 的纳米颗粒分散到碳粉（如 XC-72）载体上的担载型催 化剂。
在降低催 化剂成本的方面，目前有两条路径，一条是降低铂的使用量，另一条 则是研发非铂催 化剂，两者都已有所进展。铂使用量的降低现在已有所成效，纵观 燃料电池发展史，每平方厘米需要的铂已经从最初的 50mg 降低到了现在的不足 0.2mg。而非铂催 化剂也在研究中，虽然无铂催 化剂尚未进入工业应用的阶段，但 很可能是未来大幅降低燃料电池成本的关键。
在工业化生产方面，日本、英国、比利时等国外供应商的催 化剂制备技术处于 绝对的领先地位，已经能够实现批量化生产（＞10 公斤/批次），而且性能稳定，可 靠性高。国内目前几乎没有产业化催 化剂制造企业，催 化剂产品也比较单一。
2）质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）
质子交换膜是一种固态电解质膜，其作用是隔离燃料与氧化剂、传递质子（H+）。目前常用的商业化质子交换膜是全氟磺酸膜，其碳氟主链是疏水性的，而侧链部分的 磺酸端基（-SO3H）是亲水性的，膜内会产生微相分离，当膜在润湿状态下，亲水相 相互聚集构成离子簇网络，传导质子。
3）气体扩散层（Gas Diffusion Layer，GDL）
气体扩散层位于流场和催化层之间，其作用是支撑催化层、稳定电极结构，具有 质/热/电的传导功能。因此 GDL 必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的 导电性、高稳定性。通常 GDL 由支撑层和微孔层组成，支撑层材料大多是憎水处理 过的多孔碳纸或碳布，微孔层通常是由导电炭黑和憎水剂构成，作用是降低催化层和 支撑层之间的接触电阻，使反应气体和产物水在流场和催化层之间实现均匀再分配， 有利于增强导电性，提高电极性能。
国外大多数制造厂商都已实现气体扩散层的规模化生产，且都有多款适应不同应 用场景的产品销售，包括日本东丽、德国 SGL 和加拿大 AVCarb 等。国内气体扩散 层还处于初级碳微孔层的制备阶段，性能均一性和稳定性尚未得到实际验证。
4）双极板（Bipolar Plate，BP）
双极板是燃料电池的阴极板和阳极板，其作用是传导电子、分配反应气并带走生 成水。功能上，双极板材料应是电与热的良导体、具有一 定的强度以及气体致密性 等；稳定性方面要求双极板在燃料电池酸性（pH=2~3）、电位（E=1.1V）、湿热（气 水两相流，约 80℃）环境下具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件不材料的相容无污 染性；商业化方面要求双极板材料要易于加工、成本低。燃料电池常采用的双极板材 料包括石墨碳板、复合双极板、金属双极板三大类，由于车辆空间限制（尤其是乘用 车），要求燃料电池具有较高的功率密度。因此相对较薄的金属双极板有更好的应用 前景。
国内石墨双极板技术近年来发展迅速，技术水平与国外相当，但厚度通常在 2mm 以上。复合膜压碳板在国外已突破 0.8mm 薄板技术，具备与金属板同样的体积功率 密度。目前国内薄碳板开发方面，国鸿有来自于加拿大巴拉德公司的授权技术。纯国 产复合膜压碳板处于研制开发阶段，预计 2021 年 1mm 薄板开始批量生产。
在金属双极板基材方面，目前是以不锈钢和钛合金板为主。不锈钢基材开发钢铁 企业为代表，而国内金属极板专用基材的发开方面仍为空白。
燃料电池系统：基本性能满足商业化需求，降本是重点
对比《节能与新能源汽车技术路线图（2016 年）》提出的技术目标，截止到今年， 我国乘用车、商用车用燃料电池系统的性能研发，系统性能已满足使用需求，但成本 在现有规模下距离目标要求依然还有很大差距，成本仍然是制约燃料电池汽车大规模 商业化的主要因素。
规模效应下，燃料电池系统成本有望下降至 40 美元/kW
美国能源部（DOE）对燃料电池汽车的成本进行了预估，规模效应将对燃料电 池及燃料电池汽车的成本形成重要影响。随着生产规模的扩大化，燃料电池系统的成 本将大幅下降。基于 2020 年的技术水平，在年产 50 万套 80kW 电堆的规模下，质 子交换膜燃料电池系统成本可降低到 40 美元/kW，即 80kW 燃料电池汽车的电池系 统总价约 3200 美元（约 2 万人民币）。
未来燃料电池车成本有望比动力电池汽车更低
燃料电池成本下降速率将明显高于锂离子电池：①锂离子电池产业成本下降速率 已趋于稳定，而燃料电池产业仍处在发展初期，成本具有巨大下降潜力；②燃料电池 电堆中除铂催 化剂外，其他材料包括石墨、聚合物膜、钢等，几乎不存在类似于锂、 钴、镍等稀缺材料对锂电池成本的刚性限制。同时，单位功率铂用量大幅下降，丰田 Mirai 燃料电池铂含量仅约 0.2g/kW，未来有望降低至 0.1g/kW 以下，且铂可以回收 利用，可以有效降低电堆成本。
4.3 “以奖代补”新政引导产业进入规模化-降本-技术提升良性循环
2020 年 9 月，财政部、工业和信息化部、科技部等 5 部门联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，明确燃料电池汽车示范期间，将采取“以奖代补” 方式，对入围示范的城市群按照其目标完成情况给予奖励。
区别于早期购置补贴政策，“以奖代补”新政采取了考核+奖励的新形式，以结果 为导向，将奖励资金统筹用于燃料电池汽车关键核心技术产业化，人才引进及团队建 设，最大化避免早期单纯补贴政策带来骗补等弊端。
补贴扶持下，燃料电池汽车进入“规模化-降本-技术提升”的良性循环，加速进入 氢能平价时代。在 4 年补贴扶持期间，补贴后燃料电池汽车基本实现对标燃油车平价， 刺激市场化整车采购需求，推动产业迈出规模化第一步，进入降本放量的良性循环， 加速平价阶段的到来。
新政策引导燃料电池汽车向重卡方向发展
从评价体系内容来看，燃料电池推广方案扶持重载货运车型倾向明显，尤其是大功率、大载重车型获得政策扶持力度更大。主要是由于重卡燃料消耗高，对减排和能 源安全意义重大。2019 年国内汽车销量 2577 万辆，其中重卡 117 万辆，占比 5%。虽然重卡产销占比不高，但由于负荷重，运营时间长，其燃油消耗量占比超过 30%， 颗粒物、NOX 排放量占比分别达到 52%、74%，实现重卡电动化对推动节能环保意 义重大。在重卡的电动化推进过程中，锂电由于功率密度受限，且充电时长较长，并 不适用于重载长续航领域，燃料电池则刚好弥补了锂电的应用劣势。
新补贴政策模式下，燃料电池重卡初购成本与柴油车持平。按照燃料电池汽车 初购落地价 = 指导价-国补（初始奖励积分*权益增量（倍）*标准车折算系数（倍） *10）-地补。选取补贴方案最受益车型，目前 45~50 吨配套 100kW 燃料电池系统的 重卡车型销售价格约为 140~150 万元，依据最新补贴方案，可获得国家奖励 54.6 万 元（重型商用车（≥31t）2020 年最高奖励：1.3*1.5*2.8*10=54.6 万（P≥110）），考 虑地补 1:1，扣除补贴后的燃料电池重卡落地价在 30~40 左右。对比同规格的柴油重 卡销售价格，实施完补贴后的氢燃料重卡在初次购买成本上获得了明显优势。
新政策推动中上游核心零部件及材料国产化，持续降低成本
目前在下游系统、电堆环节，国产企业已经实现产品批量供应，随着膜电极国产 化的逐步深入，燃料电池产业链已经基本实现国产化。但产业链中质子交换膜、碳纸 等材料环节仍处于研发或小批量试制阶段，持续引导国产化推进，实现技术独立可控 对成本下降意义重大。此外由于产业规模尚小，同时 MEA 等部件国产化时点较晚， 造成目前除了系统、电堆龙头企业外，大部分国产化产品尚未能形成大规模，长周期 应用，政策扶持期将提供国产部件的规模化应用及技术提升的空间。
新政策鼓励氢气资源优势区域率先进入平价
氢气价格对氢燃料电池全周期成本影响显著，目前国内各地区氢气来源不同，终 端氢气售价存在较大差异。政策要求具备燃料电池产业推广条件的城市群自发申报成 为扶持区域。对区域优势可以从三方面理解，其一是指有氢气基础：燃料电池对氢气 的依赖性决定了选择有供氢基础条件的区域展开示范是最佳解决方案。其二是指有燃料电池产业基础。国内燃料电池产业化已经经过了 3 年左右，形成了一批初步具备自 主技术实力的产业企业，在已有产业基础地区开展示范直接减少重复投资和无效竞争， 同时也利好领先企业形成规模化产销。此外，现阶段政策是产业发展的主要推动，地 方财政实力成为推动区域内 FCV 产业的必要条件。
5、 投资机会
氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源，可通过多种途径获取，符合 我国碳减排大战略，同时有利于解决我国能源安全问题，有望进入我国主流能源体系， 是我国能源革命的重要媒介。从氢能实际应用来看，氢燃料电池是氢能高效利用的最 有效途径，当前氢能产业链已初具雏形，且燃料电池系统性能已满足商业化需求，但 大规模商业化应用依然受经济性及实用性制约。因此燃料电池系统成本的不断下降以 及性能的不断提升是当前首要解决的问题，我们认为产业链上下游中，核心零部件国 产化各细分领域龙头最先受益。
6 、风险提示
行业政策不及预期。氢能产业政策与燃料电池汽车补贴政策在未来几年有支撑力 度下降、补贴退坡的可能性，可能导致产量不及预期的可能性。
技术突破不及预期。产业链各环节涉及的核心技术较多，技术突破遭遇瓶颈，国 产化进度降速，势必影响其经济性与规模。
宏观经济景气度不及预期。宏观经济景气度下降，燃料电池投资不及预期。
来源：国联证券