2017-燃料电池PEMFC：成本下降路径_33页_3mb

燃料电池产业链系列报告之四总结

核心内容

燃料电池行业的快速成长依赖于技术成熟、政策支持和产业链完善。要实现燃料电池的商业化，关键在于成本下降和耐久性提升。燃料电池车（FCV）的购置成本和使用成本是其商业化的主要制约因素，而成本下降主要由材料工艺进步和规模化效应驱动。

主要观点

1. 成本下降路径：

   • 燃料电池成本将随着规模经济和技术进步迅速下降，预计在需求达到经济规模后，成本有望下降超过60%。
   • 成本下降原因分为两方面：规模经济（短期推动力）和技术进步（长期根本动力）。
   • 电堆、氢气系统和辅助设备是成本下降的主要方向。

2. 电堆成本分析：

   • 电堆成本约占燃料电池系统成本的47%，其中MEA（膜电极）占电堆成本的60%。
   • MEA成本下降空间巨大，主要依靠ePTFE膜国产化、贵金属催化剂减量与替代等。

3. 氢气系统成本分析：

   • 空压机和高压储氢瓶是现阶段需要突破的关键。
   • 空压机成本可通过批量生产和国产化加速来降低。
   • 高压储氢瓶的降本空间主要在于原材料、系统集成和批量生产。

4. 燃料电池商业化进展：

   • 2015年以来，PEMFC出货量大幅增长，达到180MW，成为市场主导。
   • 欧美、日韩在燃料电池汽车研发和商业化方面取得进展，如丰田Mirai、现代IX35、通用Equinox等。

5. 耐久性挑战：

   • 耐久性是燃料电池商业化的重要瓶颈，涉及催化剂碳载体腐蚀、铂颗粒粗大化、膜分解和机械损伤等问题。
   • 美国能源部（DOE）设定2020年燃料电池系统寿命为5000小时，2020年铂用量下降至0.125g/kW。

6. 政策与目标：

   • 《中国制造2025》目标：2020年燃料电池堆寿命达到5000小时，2025年开始量产。
   • DOE对燃料电池系统成本和性能目标明确，包括功率密度、比功率、寿命和成本。

关键信息

成本下降分析

• 整体成本：燃料电池车成本在规模化量产后预计下降60%。
• 关键材料和部件：
  • 空气供应系统：成本降幅可达50%。
  • 质子交换膜：成本有望从59美元/kW降至1.9美元/kW。
  • 催化剂：Pt用量目标从0.3~0.5g/kW降至0.1g/kW。
  • 双极板：国产化进程提速，成本下降空间较大。
  • 气体扩散层：国产化已起步，成本下降较简单。

技术进展

• 膜电极（MEA）：

  • 技术发展经历了热压法、CCM法、有序化膜电极等阶段。
  • 有序化膜电极是未来主要发展方向，可实现超低铂载量与高功率密度。
  • 3M公司已实现有序化膜电极量产，Pt载量为0.118mg/cm²，成本为5美元/kW。
  • 国内电子科技大学研发的质子交换膜性能优于杜邦产品，成本仅为十分之一。

• 质子交换膜：

  • 全氟磺酸膜为主流，具有高机械强度和化学稳定性。
  • 国内企业如东岳集团已具备一定的生产能力和研发进展。
  • 国产膜成本远低于进口，具有明显优势。

• 气体扩散层：

  • 国内已实现部分国产化，主要为碳纸和碳布。
  • 有试生产，但尚未大规模应用。

• 双极板：

  • 国内以石墨碳板为主，金属双极板技术已初步开发。

行业现状与展望

• 产业链：燃料电池产业链包括上游设备、催化剂、系统等环节，其中质子交换膜和催化剂是关键。
• 公司分析：列出A股及海外公司，如富瑞特装、贵研铂业、大洋电机、南都电源、雪人股份、厚普股份、雄韬股份、Ballard Power、Plug Power、FuelCell Energy、Iwatani、JX Holdings等，提供其股价、市值、PB、PE等信息。
• 市场数据：当前市场优化平均市盈率16.95，国金燃料电池指数480.61，沪深300指数3353.05，上证指数3128.37，深证成指10697.11，中小板综指11987.46。

图表与数据

• 图表1：燃料电池车（FCV）各环节降本路线，显示规模化量产后成本将降低60%。
• 图表2：不同燃料电池类型及其参数和应用情况比较。
• 图表3：不同种类燃料电池按件数统计。
• 图表4：不同种类燃料电池以瓦数计。
• 图表5：世界主要公司燃料电池车车型。
• 图表6：燃料电池全生命周期成本分解。
• 图表7：不同制氢方式和运氢方式配合所得到的氢气成本范围。
• 图表8：燃料电池系统成本变化。
• 图表9：燃料电池系统组成。
• 图表10：燃料电池车成本结构示意图。
• 图表11：国外燃料电池系统成本目标及现状。
• 图表12：国外燃料电池堆耐久性目标及现状。
• 图表13：DOE对燃料电池电堆耐久性目标。
• 图表14：燃料电池技术目标与现状。
• 图表15：燃料电池关键材料及零部件国外现状与中国现状对比。
• 图表16：PEMFC电堆组成。
• 图表17：膜电极目标与现状对比。
• 图表18：膜电极发展历程。
• 图表19：3M公司有序化膜电极及NSTF催化层形貌。
• 图表20：膜电极制备技术未来的主要方向。
• 图表21：电催化剂主要研究方向。
• 图表22：PdPt核壳催化剂质量比活性与稳定性与商业化催化剂比较。
• 图表23：各类质子交换膜优缺点。
• 图表24：各种全氟磺酸树脂膜结构及基本参数。
• 图表25：东岳集团PFSA制备流程。
• 图表26：国产膜与进口商品膜燃料电池性能比较。
• 图表27：国内杜邦Nafion膜零售售价情况。
• 图表28：电子科大开发的电泳平台。
• 图表29：炭纸表面形貌。
• 图表30：炭布。
• 图表31：不同种类扩散层的性能指标。
• 图表32：中外炭纸基本性能参数对比。
• 图表33：不同炭纸对原材料的需求。
• 图表34：单位炭纸对应原材料价格计算。
• 图表35：湿法制炭纸工艺。
• 图表36：双极板参数指标。
• 图表37：不同材料双极板特点分析。
• 图表38：国外金属双极板电堆与国内碳板电堆成本结构对比。
• 图表39：美国SHF石墨双极板。
• 图表40：德国Dana金属双极板。
• 图表41：国产空压机研究进展。
• 图表42：主要压缩机供应商。
• 图表43：空压机成本降低取决于产量和技术突破。
• 图表44：三种储氢方式。
• 图表45：70Mpa储氢瓶图示。
• 图表46：1992年美国颁布的标准将气瓶按结构和材料分为4种类型。
• 图表47：不同车用高压氢气瓶存储5kg氢气的重量。
• 图表48：70Mpa储氢瓶技术主要掌握在美国和日本厂商手中。
• 图表49：储氢瓶成本组成。
• 图表50：储氢瓶成本降低来自原材料、系统集成和批量生产。
• 图表51：A股相关标的及估值。
• 图表52：海外公司收入及估值。

总结

燃料电池行业的成本下降主要依赖于规模经济和技术进步，特别是质子交换膜燃料电池（PEMFC）。目前，关键材料如质子交换膜、催化剂和双极板是成本下降的重点。随着国产化进程的加速和规模化生产，燃料电池的成本将显著下降，推动其商业化进程。同时，燃料电池的耐久性问题仍需进一步解决，以满足DOE和《中国制造2025》设定的商业化目标。