燃料電池：引領(lǐng)新能源行業(yè) 燃料電池車(chē)已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化
燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來(lái)。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠(chǎng)”。但是，它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。目前最常用的燃料為氫氣和天然氣等碳?xì)浠衔铮捎谔細(xì)浠衔镌谑褂眠^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，因此氫氣成為燃料電池的最理想能源。
追根溯源，看燃料電池發(fā)展200年
1839年英國(guó)的Grove發(fā)明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡(jiǎn)單的氫氧燃料電池點(diǎn)亮了倫敦講演廳的照明燈。燃料電池發(fā)展已有近200年，在90年代之后開(kāi)始迅猛發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，燃料電池陸續(xù)在發(fā)電及供熱站、便攜式電源和交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。從1958年第一個(gè)質(zhì)子交換膜電池誕生以來(lái)，通用、戴姆勒、豐田等多家車(chē)企都相繼推出多款燃料電池汽車(chē)，2014-2015年豐田Mirai和本田Clarity的推出標(biāo)志著燃料電池汽車(chē)商業(yè)化發(fā)展的開(kāi)始。
燃料電池優(yōu)勢(shì)明顯
燃料電池真正實(shí)現(xiàn)高效率和零排放。與傳統(tǒng)的石化燃料相比，燃料電池具有零排放、無(wú)振動(dòng)噪聲等優(yōu)點(diǎn)；
燃料電池轉(zhuǎn)換效率高應(yīng)用廣泛。燃料電池由于其電能轉(zhuǎn)換不經(jīng)過(guò)燃燒這一過(guò)程，理想化轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到83%左右，目前實(shí)際的轉(zhuǎn)換效率大概在45%-60%之間，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換效率大概在30%-40%之間。同時(shí)燃料電池的功率范圍為1W～100MW，可以廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、便攜式設(shè)備、發(fā)電站和航空航天等領(lǐng)域；
與鋰電池比，燃料電池能量密度更高，且充氫比充電時(shí)間更短。三元?jiǎng)恿︿囯姵?020年的容量有望達(dá)到150Wh/Kg、200Wh/Kg，但后期容量提升空間有限，燃料電池憑借開(kāi)放式系統(tǒng)，能量密度主要取決于儲(chǔ)氫量，其能量密度提升的空間更大。豐田Mirai 的PEMFC系統(tǒng)的能量密度超過(guò)350Wh/Kg，而功率密度已經(jīng)達(dá)到了2KW/Kg。動(dòng)力鋰電池雖然能承受一定程度的高倍率快速充電，但對(duì)電池的循環(huán)壽命形成永久傷害，且充電時(shí)長(zhǎng)在30分鐘以上，相比之下燃料電池車(chē)只需要3~5分鐘即可完成加氫。
質(zhì)子交換膜是車(chē)用燃料電池主流技術(shù)
按照電解質(zhì)不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等，目前應(yīng)用最廣泛的燃料電池主要是MCFC、SOFC及PEMFC。
PEMFC以其功率密度大、體積小、質(zhì)量輕、室溫下即可工作、起動(dòng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，因此質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）更適于應(yīng)用在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域，被公認(rèn)為電動(dòng)汽車(chē)、固定發(fā)電站等的首選能源，因而現(xiàn)在是研究的熱點(diǎn)。
質(zhì)子交換膜（PEMFC）是當(dāng)今發(fā)展的熱點(diǎn)
2015年全球燃料電池出貨量超過(guò)342.6MW，比2014年增長(zhǎng)了84.8%。
受益交通應(yīng)用拉動(dòng)，PEMFC出現(xiàn)跨越式發(fā)展，并成為當(dāng)今國(guó)際上燃料電池發(fā)展的熱點(diǎn)。2010-2015年，PEMFC、SOFC、MCFC三種類(lèi)型電池占據(jù)了歷年總出貨量的90%以上，其中受交通運(yùn)輸領(lǐng)域需求拉動(dòng)，PEMFC在2015年出貨量出現(xiàn)了跨越式增長(zhǎng)，同比增長(zhǎng)高達(dá)147.04%。
日美引領(lǐng)燃料電池發(fā)展
日韓在燃料電池車(chē)領(lǐng)域的產(chǎn)研推進(jìn)領(lǐng)先于其它國(guó)家，日本的新能源戰(zhàn)略以燃料電池車(chē)為主， ）根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布計(jì)劃，日本將力爭(zhēng)在2025年累計(jì)售出燃料電池車(chē)20萬(wàn)輛，并在2030年達(dá)80萬(wàn)輛。與此同時(shí)，日本還計(jì)劃到2020年將為燃料電池車(chē)提供燃料的加氫站數(shù)量增加至目前的2倍，共達(dá)到160處，并在2025年實(shí)現(xiàn)數(shù)量上的再次翻番。屆時(shí)，日本全國(guó)范圍內(nèi)的加氫站總數(shù)將達(dá)320處。
號(hào)稱(chēng)世界第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池車(chē)-現(xiàn)代ix35 FCV。2013年2月26日，世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池車(chē)ix35問(wèn)世，現(xiàn)代成為全球首家量產(chǎn)氫燃料電池汽車(chē)的制造商，比大眾、豐田等至少提前了2年。
美國(guó)政府對(duì)燃料電池汽車(chē)支持在布什任職期間達(dá)到頂峰；在奧巴馬政府期間，美國(guó)能源部宣布從美國(guó)振興計(jì)劃（American Recovery and Reinvestment Act Funding）中撥款4190萬(wàn)美元支持燃料電池特種車(chē)的研發(fā)和示范，另在2011年美國(guó)財(cái)政預(yù)算中安排5000萬(wàn)美元用于燃料電池和氫能技術(shù)研發(fā)。
在美國(guó)能源部（DOE）、交通部（DOT）和環(huán)保局（EPA）等部門(mén)的支持下，燃料電池技術(shù)近年來(lái)取得了很大的進(jìn)步，通用、福特、豐田、戴姆勒奔馳、日產(chǎn)、現(xiàn)代等整車(chē)企業(yè)都在美國(guó)加州參加了燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)示范運(yùn)行，并培育了一系列國(guó)際知名的燃料電池研發(fā)和制造企業(yè)。比如普拉格能源公司（Plug Power）：全球燃料電池叉車(chē)領(lǐng)導(dǎo)者；巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司（Ballard Power Systems）：燃料電池的翹楚；Hydrogenics公司：電解水制氫和大型燃料電池領(lǐng)域佼佼者。
舉世矚目的Mirai推出將引爆行業(yè)發(fā)展
2014年12月，豐田發(fā)布了當(dāng)今舉世矚目的最具成本優(yōu)勢(shì)、性能最先進(jìn)的Mirai燃料電池電動(dòng)汽車(chē)。售價(jià)僅為723.6萬(wàn)日元(折合人民幣約37.8萬(wàn)元，相比于10年前100萬(wàn)美元的成本，成本下降了90%以上）。經(jīng)過(guò)日本政府補(bǔ)貼后，實(shí)際價(jià)格520萬(wàn)日元(折合人民幣約27萬(wàn)元)，相當(dāng)于一臺(tái)豐田皇冠汽車(chē)的價(jià)格。
在MiraiFCV上市的第一個(gè)月內(nèi)，豐田就已收到約1500輛的采購(gòu)訂單，遠(yuǎn)超預(yù)期目標(biāo)400輛，2016年銷(xiāo)量輛2039輛。預(yù)計(jì)2017年銷(xiāo)售10000輛，并規(guī)劃在2020年將銷(xiāo)量提升到3萬(wàn)輛，這不僅代表著燃料電池車(chē)商業(yè)化的開(kāi)端，也讓大眾看到燃料電池在汽車(chē)市場(chǎng)的商業(yè)化應(yīng)用潛力，增加了整車(chē)廠(chǎng)商對(duì)燃料電池車(chē)的信心。
整車(chē)企業(yè)燃料電池車(chē)已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化
20世紀(jì)通用開(kāi)始研發(fā)氫燃料電池以來(lái)，本田、豐田、現(xiàn)代、戴姆勒等整車(chē)廠(chǎng)相繼開(kāi)展對(duì)氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)。由于燃料電池的技術(shù)門(mén)檻非常高，國(guó)際上形成了三大聯(lián)盟：豐田與寶馬、日產(chǎn)與戴姆勒及福特、本田和通用，幾大公司均有相應(yīng)車(chē)型面世。
現(xiàn)代于2013年率先量產(chǎn)氫燃料電池車(chē)現(xiàn)代ix35，并于2014年在韓國(guó)上市，ix35在韓國(guó)市場(chǎng)的售價(jià)高達(dá)1.5億韓元（約人民幣85.5萬(wàn)元），加上韓國(guó)加氫站配套設(shè)施的缺乏，導(dǎo)致ix35銷(xiāo)量始終不盡如人意。截至2015年初，ix35僅銷(xiāo)售了200多輛，最終不得不降價(jià)43%以搶奪市場(chǎng)份額。
在Mirai發(fā)布一年多后， 2016年10月，7本田燃料電池汽車(chē)Clarity也開(kāi)始租售，在日本的售價(jià)為766萬(wàn)日元（約人民幣44萬(wàn)元）。
各大廠(chǎng)商加快燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度，將于未來(lái)5年內(nèi)集中發(fā)布。通用、奔馳、寶馬、奧迪等廠(chǎng)家也都在燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域有所研究，將于未來(lái)幾年陸續(xù)推出燃料電池車(chē)。據(jù)美國(guó)媒體TheDetroitBureau報(bào)道，預(yù)計(jì)到2027年，市場(chǎng)中將至少新增17款燃料電池車(chē)。
燃料電池車(chē)市場(chǎng)將達(dá)到456億
Navigant Research預(yù)測(cè)到2021年，全球燃料電池汽車(chē)（包括巴士）銷(xiāo)量將超過(guò)5萬(wàn)輛，到2024年全球燃料電池車(chē)大規(guī)模量產(chǎn)時(shí)，年銷(xiāo)量將達(dá)到22.8萬(wàn)輛。預(yù)計(jì)總市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到456億元。
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