1燃料電池行業(yè)迎來兩個變化——催化劑

　　首先想和大家分享的是兩個方面的變化，正是基于這兩方面的變化我們才發(fā)布了燃料電池的相關(guān)報告并開始推薦，第一方面是來自于政策方面的變化，即政策邊際改善的機會。第二方面是傳統(tǒng)車廠在燃料電池汽車方面的布局，量產(chǎn)車型在快速增多。我們認為這是兩個最核心的變化因素。下面我將對以上兩方面做詳細說明。

　?。?）政策邊際改善？

　　政策方面，5月24日能源局與發(fā)改委有一個關(guān)于未來能源工業(yè)任務(wù)布局的內(nèi)部聯(lián)合發(fā)文，文中15項大任務(wù)中有一項提到了氫能和燃料電池，希望積極推動先進燃料電池技術(shù)、燃料電池發(fā)電以及氫能源等技術(shù)發(fā)展。

　　我們認為，見微知著，政策好于預(yù)期，雖然我國自十五重大科技專項起就對發(fā)展燃料電池汽車有所提及，但氫能源領(lǐng)域我們很少看到，氫能如果能夠與燃料電池相輔相成，就存在政策向上的空間，我們也期待有其他相關(guān)配套政策出臺。

　　我們看到日本和德國對于氫能很重視，德國將氫能作為能源互聯(lián)網(wǎng)中核心的關(guān)鍵因素之一，原因是氫能是化石能源儲能的九千倍以上、可重復(fù)再利用；能量密度比鋰電池高，可達300多瓦時每千克，傳統(tǒng)鋰電池是100瓦時每千克；而且清潔環(huán)保沒有碳排放。這是全球使用氫能的大背景。燃料電池和氫能是相互依存的關(guān)系，燃料電池是用氫的最佳方式。

　　在燃料電池汽車方面，燃料電池汽車同樣存在政策邊際改善的機會。

　　我們認為，可能在相當(dāng)長時間內(nèi)我國仍會以鋰電池純電動汽車為主，但無論如何，發(fā)展到目前階段鋰電池純電動車仍面臨一些質(zhì)疑，例如碳酸鋰價格持續(xù)上升，相比最底部已經(jīng)漲價30倍，全球鋰礦產(chǎn)能有限，按磷酸鐵力路線（單車使用50克鋰）估算，全球鋰產(chǎn)能無法滿足年產(chǎn)500萬輛以上純電動車的消耗，按三元電池路線來看，鈷產(chǎn)能無法滿足年產(chǎn)200萬輛純電動汽車的需求，而這還未將消費電子、家電等應(yīng)用的鋰電池計算在內(nèi)。對于鋰礦產(chǎn)儲量的擔(dān)憂，以及對于早期純電動車的報廢、電池回收處理，純電動車自燃或爆炸等事件有所增加。

　　與此同時，我們也看到，氫能源具備了推廣的現(xiàn)實背景，燃料電池汽車具備無資源和能源瓶頸、續(xù)航里程高、充電快等優(yōu)勢，燃料電池學(xué)派與鋰電池學(xué)派之間的博弈等各因素推動了燃料電池汽車未來可能存在的政策邊際改善空間。

　?。?）傳統(tǒng)汽車廠商企圖彎道超車？

　　傳統(tǒng)汽車廠商的想法相對簡單，對于早期沒有進行純電動汽車深度布局卡位的傳統(tǒng)廠商來說，不得不面對比亞迪等早期布局純電動汽車廠商的競爭，這些廠商已經(jīng)實現(xiàn)了從鋰礦、鋰電池各類技術(shù)路線電芯、模組、BMS系統(tǒng)、電機等高度垂直一體化布局，而且，我們可以預(yù)期到未來將會有大量的消費電子或互聯(lián)網(wǎng)廠商涌入純電動汽車領(lǐng)域，包括電池廠商也會涌入這一市場，例如比亞迪對于產(chǎn)業(yè)鏈進行的上下游延伸。這樣的系統(tǒng)對于傳統(tǒng)汽車廠商來說是缺乏積累沉淀優(yōu)勢的，他們很難搶到好的卡位，所以部分傳統(tǒng)車廠企圖在下一代燃料電池中進行彎道超車。

　　因為氫能源相較鋰電池的優(yōu)勢以及燃料電池車與燃油汽車相似的駕駛體驗，傳統(tǒng)廠商天然具有布局燃料電池領(lǐng)域的積極性，而事情在此時出現(xiàn)變化的原因是，一是因為純電動車勢頭過猛，傳統(tǒng)汽車廠商不一定能搶到好的卡位，另一方面是，2015年豐田開放了5000多項燃料電池技術(shù)專利，，燃料電池進入門檻降低使得技術(shù)更加普及。早期燃料電池汽車的技術(shù)支持大多需要加拿大Ballard公司，2015年豐臺開放專利一年之后，很多傳統(tǒng)車廠開始有了自己的燃料電池子公司或合作方，對于Ballard的依賴越來越小。2016年下半年到2018年我們將看到二三十款燃料電池量產(chǎn)車型出現(xiàn)。

　　未來的汽車市場或許將會呈現(xiàn)兩個陣營對壘的局面，一邊是純電動汽車陣營，由電池廠商、消費電子和互聯(lián)網(wǎng)廠商等新銳廠商組成，另一邊則是由傳統(tǒng)車廠依托燃料電池進行的陣營對壘。這是我們判斷燃料電池汽車可能具備機會的最主要催化劑。

　　部分專家認為，燃料電池汽車是電動車發(fā)展的終極目標。

　　

　　2什么是燃料電池？

　　下面解讀一下什么是燃料電池。簡單來說，鋰電池通過正極鋰化合物、負極的碳，配合六氟磷酸鋰電解液進行循環(huán)反應(yīng)發(fā)電，燃料電池則是通過電化學(xué)反應(yīng)，將常見可燃氣體和液體如氫氣、甲烷、天然氣、沼氣、乙醇、甲醇等燃料，通過催化劑提取能量，無需燃燒。

　　

　　燃料電池技術(shù)積累來源于電子化學(xué)品、基礎(chǔ)化學(xué)等科目，已經(jīng)脫離了原有產(chǎn)業(yè)靠工序、物理研究，而是靠化學(xué)和新材料來堆砌的新產(chǎn)業(yè)的技術(shù)。燃料電池相對內(nèi)燃機燃燒方式的好處是清潔環(huán)保屬性明確，氫氣電化學(xué)反應(yīng)不產(chǎn)生碳，能力密度高，能效轉(zhuǎn)換率可達60-80%，內(nèi)燃機只能達到30%左右。

　　燃料電池在很多領(lǐng)域已經(jīng)開始應(yīng)用。比如早期的航空航天動力應(yīng)用，最早將燃料電池作為航空航天主要能源方式的可追溯到上世紀50年代美國NASA的阿波羅登月計劃，后來燃料電池逐步由航空航天、邊遠地區(qū)發(fā)電等領(lǐng)域向商用領(lǐng)域過渡，目前占比最大的應(yīng)用之一是是發(fā)電或輔助備用電源發(fā)電，例如美國很多數(shù)據(jù)中心將燃料電池作為備用電能使用。

　　3什么是燃料電池汽車？

　　除了發(fā)電及備用電源發(fā)電之外外，燃料電池還可用于汽車工業(yè)，如巴拉德和豐田公司的乘用車方面的運用，或運用于叉車等專業(yè)工程機械領(lǐng)域，另外還有大巴方面運用的嘗試。除此之外無人機、移動裝置電源、筆記本等鋰電池可用領(lǐng)域原則上燃料電池都可以運用，但超小型裝置上燃料電池優(yōu)勢并不明顯，所以目前發(fā)電和動力系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。

　　燃料電池汽車也是電動車的一種。只是動力系統(tǒng)從我們熟知的鋰電池等換成了燃料電池。

　　電動汽車用電池經(jīng)歷了三代的發(fā)展，從早期的鉛酸電池到現(xiàn)在大熱的鋰離子電池，再到燃料電池，技術(shù)持續(xù)進步，電池性能也在不斷優(yōu)化。目前廣泛應(yīng)用于燃料電池汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC （也叫氫燃料電池），它以純氫為燃料，具備能量轉(zhuǎn)換效率高、噪音低、無污染、壽命長、啟動迅速、比功率大和輸出功率可隨時調(diào)整等性能優(yōu)勢。

　　

　　燃料電池汽車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來帶動電動機工作，由電動機帶動汽車中的機械傳動結(jié)構(gòu)，進而帶動汽車的前橋（或后橋）等行走機械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動電動汽車前進。

　　

　　4燃料電池汽車的優(yōu)勢

　　我們可以看到燃料電池汽車具備一些典型優(yōu)勢，它續(xù)航里程高，充一次5公斤的氫氣可以跑650公里，稍差一點的現(xiàn)代途勝可以跑500公里以上，遠超鋰電池汽車。

　　燃料電池汽車加氫迅速，幾分鐘可以完成，而鋰電池則需要充電45分鐘到1小時的時間。

　　燃料電池汽車及系統(tǒng)自重很輕，可以設(shè)計成流線型跑車和SUV形態(tài)。

　　燃料電池汽車清潔環(huán)保，氫燃料沒有碳排放問題，排出的主要是水。在2009年哥本哈根全球氣候大會后，各國均制定了自己的碳排放目標，隨著各國對于清潔環(huán)保的意識提升，燃料電池成為了碳排放重要技術(shù)指標和維度。

　　下圖對比了燃料電池汽車、混合動力汽車、純電動汽車的優(yōu)點和缺點。

　　

　　5燃料電池的劣勢和市場的擔(dān)憂有哪些？真的貴嗎？真的危險嗎？

　　我們看到對于燃料電池的擔(dān)憂主要有一下幾個方面：燃料電池汽車價格偏貴，最便宜的汽車是豐田14年底推出的一款，不考慮政府補貼的話，需要40萬元左右，氫氣是可燃氣體，相對危險，另外加氫不會像電站那樣方便？

　?。?）價格

　　首先來看價格。

　　一次購置成本。豐田汽車可以優(yōu)化到?jīng)]有政府補貼的情況下售價40萬，加上日本政府補貼的話不到30萬元，流線型跑車形態(tài)很漂亮，這個價格并不貴。而且我們的判斷是未來2-3年成本還有大幾萬的優(yōu)化空間，單車20-30萬的售價并不難接受。

　　日常使用成本方面，中美制氫價格低廉，美國可用天然氣重整制氫，成本很低；中國的主流制氫是使用石油石化過程副產(chǎn)氫分離，分離會產(chǎn)生一定的成本，另外有些廠家在用硼氫化鈉提取氫，綜合成本比電解水要便宜。無論是天然氣重整制氫、化學(xué)燃料制氫哪種方式都可以通過擴大生產(chǎn)規(guī)模進行成本優(yōu)化。對應(yīng)到汽車每公里的成本大概是不到一毛錢跑一公里，比2.0T燃油車一公里8毛到一塊錢便宜，比鋰電池一公里幾分錢的成本要貴一些。

　　日本制氫成本是全世界最高的地區(qū)之一，因為日本的化石燃料少，所以一般使用電解水制氫，折合每公里4-5毛錢，依舊比燃油車使用成本低，所以日常加氫成本并不高。

　　當(dāng)行業(yè)達到例如幾千萬輛汽車的規(guī)模化量的市場，目前還很難估計和想象，原則上來說儲能是有的，問題是怎樣進一步優(yōu)化成本。無論如何，目前來看，價格已經(jīng)不是最大的問題。

　?。?）安全

　　在技術(shù)優(yōu)化后，安全問題其實并不是問題。很多人從安全性來考慮認為，汽車上帶一個氫瓶感覺很危險，事實上是，目前很多出租車和公交車也使用天然氣供能。就目前工藝來說，氫瓶是使用鋼瓶來儲存，豐田使用特制的碳纖維，這種材質(zhì)的特點是輕量且更加安全防撞擊，現(xiàn)有的多項數(shù)據(jù)顯示，車載儲氫的安全已經(jīng)不構(gòu)成問題。

　?。?）加氫站

　　這部分是我想重點強調(diào)的，我認為，燃料電池汽車推廣的最大的障礙是加氫站等基礎(chǔ)配套設(shè)施配套不夠。

　　日本、美國加州、德國在政策扶持下已經(jīng)建立了大量的加氫站，加氫更加方便。目前加氫站和加油站類似，都需要政府推動，建設(shè)成本是目前加油站的2-3倍，日常維護成本很高。

　　豐田在美國加州和日本本地建立了很多太陽能加氫站，太陽能加氫是最理想的模式，可循環(huán)制氫，有太陽能、水就會有氫氣，雖然目前的功率還不便用于主加氫應(yīng)用，但可以解決最后一公里的里程焦慮問題。此種路徑如果能夠解決功率轉(zhuǎn)換率的問題，將會成為各個國家追求的目標。

　　另外豐田配套的實時加氫車也會使加氫更加方便。

　　從我們國家目前情況來看，最值得關(guān)心的問題是氫能戰(zhàn)略的重要性究竟如何，氫能如果定了，燃料電池是必備的用氫技術(shù)，加氫站也將不會成為任何阻礙。

　　6燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈主要構(gòu)成

　　燃料電池汽車動力系統(tǒng)最重要的部件：燃料電池、電機、儲氫罐、輔助電源（混合驅(qū)動必需）。

　　

　　電機系統(tǒng)目前是釹鐵硼永磁直流電機運用最為廣泛，輔助電源用于瞬間啟動以及對能量進行回收，使其更加節(jié)能。

　　成本來說，整車制造成本約12萬，扣除整車制造，主要成本是燃料電池動力系統(tǒng)，其中成本占比最大的是燃料電池，約70-80%，電機占比約10-15%，儲氫罐約占8-10%，輔助電源是占比最低的一項，但很重要，目前量產(chǎn)的車型都會裝有輔助電源，是混合驅(qū)動必需的裝置。

　　綜上，最重要的部分是車載燃料電池。電池由燃料電池堆構(gòu)成，電池堆則是由一片片電池片構(gòu)成，有點像夾層餅干，每片電池片最核心的部分是支撐電池片的附著版，氫燃料電池的電解質(zhì)膜主要用質(zhì)子交換膜。在上面我們用催化劑進行電化學(xué)反應(yīng)，催化層是發(fā)生電化反應(yīng)的場所，是電極的核心部分，電化學(xué)反應(yīng)需要催化劑。另外就是燃料擴散、導(dǎo)流的雙極板。這三個組件是燃料電池系統(tǒng)最重要的三個部分，按成本序列來看，質(zhì)子交換膜成本最大，質(zhì)子交換膜單車成本約5-6萬，催化劑部分如果使用質(zhì)子交換膜，則必須使用鉑金，單車成本約2-3萬，雙極板是大幾千元。

　　質(zhì)子交換膜成本高和鉑貴金催化劑用量大是燃料電池成本居高不下的重要原因。我們認為如果未來貴金屬催化劑負載量能夠大幅降低，或者能被其他成本更低的催化劑取代，8萬元的成本構(gòu)成則可以被優(yōu)化。質(zhì)子交換膜雖然目前被杜邦化學(xué)壟斷，仍需時間破解替代，但單電池用膜越來越少、成本降低是未來趨勢。催化劑技術(shù)則不斷有新潮流涌現(xiàn)，例如中科院以及上海交大等研究機構(gòu)都各有新研究出現(xiàn)。

　　我國做的怎么樣？

　　我國在燃料電池汽車領(lǐng)域有一定積累，整車廠商此前就有不少在做燃料電池汽車，例如上汽集團、宇通客車、福田、安凱、金龍都在研發(fā)，在世博會、奧運會它們都有相關(guān)車型推出。燃料電池技術(shù)和系統(tǒng)方面，我國研發(fā)比較好的中科院旗下的大連化物所，同濟大學(xué)、上海交大等都有一定的積累。但核心部件比較難突破，因為技術(shù)均被國外壟斷。

　　7燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈A股受益排序

　　從燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈條受益排序來看。

　　第一，氫能一定是本地化的。只要扶持氫能源，無論是制氫、儲氫、運氫，從氫能角度來說受益的確定性都是最大的。華昌化工擁有最大產(chǎn)能的硼氫化鈉用于制氫，如果行業(yè)得到扶持應(yīng)該最先受益。

　　第二是整車，豐田專利開放會使整車最先受益。例如上汽集團、宇通客車、福田、安凱、金龍均有相關(guān)研發(fā)和車型準備。

　　第三才是燃料電池系統(tǒng)。國內(nèi)目前做的最好的是大連新源動力，依托于大連化物所，上海神力依托于同濟大學(xué)。大連新源動力的主要參股方是上汽集團和長城電工、南都電源、新大洲，上海神力的控股方是江蘇陽光。

　　第四是核心配件。同濟科技和上海神力共同成立了一家子公司中科同力，用于研究質(zhì)子交換膜，因為此部分的技術(shù)最難突破。鉑金催化劑較難突破，未來我們可以看到新型催化劑廠商出現(xiàn)。

　　輔助電源部分是動力系統(tǒng)重要的部件之一，未來主力趨勢是超級電容器，它的壽命長，啟動快，瞬間完成充放電。江海股份應(yīng)該是超級電容器的龍頭公司，我們之前有深度報告推薦。

　　來源：銀河證券