图表1《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》燃料电池汽车保有量
近些年,国内氢燃料商用车市场发展迅速,同时氢燃料乘用车市场也在起步中,各大国内外主机厂正积极探索氢燃料电池汽车领域,陆续发布氢能新车型,通过不断研发和改进技术,提高燃料电池系统的效率和可靠性,降低成本,推动氢燃料电池汽车的商业化应用。
图表2典型车企对氢燃料电池汽车领域的探索
氢燃料电池系统供应商具有多样性和专业性的特点。其中,一些供应商拥有主机厂背景或为主机厂孵化企业,这使得它们在技术研发、生产和供应链方面具备较强的实力和资源优势;另外还有一些供应商属于优秀的第三方供应商,通常具备较高的技术实力和创新能力,能够为主机厂提供高质量的零部件和技术支持。典型氢燃料电池系统企业有:
亿华通,一家集氢能与氢燃料电池研发与产业化的国家级高新技术企业,是中国燃料电池系统研发与产业化的先行者,是我国氢燃料电池领域极少数具有自主核心知识产权,并实现氢燃料电池发动机及电堆批量化生产的企业之一;
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注:文中涉及的企业仅为行业内部分企业,排名概不分先后
氢燃料电池产业链上游包括制氢、储运氢、加氢站以及车端零部件等环节。目前,氢燃料电池上游产业正面临着成本高、技术复杂等问题,随着氢能应用的推广和技术的进步,上游产业将随整个行业一起迎来快速发展;中游氢燃料电池系统供应商需要具备多学科交叉的技术能力,同时还需要与汽车制造商紧密合作,进行定制化设计和开发,以满足不同车型的需求;下游国内外车企正陆续对氢燃料电池汽车积极探索,市场前景广阔。
图表3氢燃料电池系统产业链示意图
以上为氢燃料电池系统产业链部分优秀企业排名不分先后,内容源自:《2023版氢燃料电池系统供应链报告》
氢燃料电池系统厂商地域分布
图表4氢燃料电池系统各地区部分代表性企业
内容源自:《2023版氢燃料电池系统供应链报告》
氢燃料电池系统市场竞争格局
2023年前三季度氢燃料电池系统累计装机企业前五分别为捷氢科技、亿华通、重塑集团、国鸿氢能、国氢科技,CR5占比近60%,头部企业地位较为稳固,产业集中度较高,同时行业内也存在着众多市场势力。
图表52023年前三季度中国氢燃料电池系统竞争格局
图表6国内氢燃料电池电堆市场竞争格局
膜电极市场上,国内已上牌车辆装堆膜电极企业近20家,作为专业第三方膜电极供应商企业仅五家国产品牌企业,分别是唐锋能源、擎动科技、鸿基创能、武汉理工和亿氢科技,该五家企业基本占据了国内装车市场75%左右市场份额,除CR5,剩余市场主要包括如捷氢科技、国氢科技、爱德曼、新源动力、清能股份、明天氢能等自身拥有批量生产膜电极产能的电堆/系统企业,以及如丰田、巴拉德、庄信万丰、Greenerity等优秀外资企业贡献。
图表7国内氢燃料电池膜电极市场竞争格局
氢燃料电池系统成本分析
从成本端来看,燃料电池系统在氢能车购置成本中占比超过60%,而电堆成本在燃料电池系统中占比同样超过60%,是氢燃料电池汽车占比最高的成本项,另外核心BOP零部件如空压机、增湿器、氢循环部件合计成本占比也较高。电堆成本中,催化剂成本占比超过三分之一,后续随着电堆出货量增加,规模效应进一步增强,其余成本占比较高部件如质子交换膜、气体扩散层等将进一步降低成本,催化剂将成为最大的单一成本占比部分,而低铂、超低铂催化剂,或者采用非铂贵金属催化剂(如钯基催化剂)乃至非贵金属催化剂(如金属氮碳型催化剂(M-N-C))是后续发展方向。
图表8氢燃料电池汽车整车成本结构
图表9氢燃料电池系统成本结构
图表10氢燃料电池电堆成本结构
图表11氢燃料电池系统国产替代前景展望
氢燃料电池系统核心零部件国产化进展
我国氢燃料电池系统国产化进展迅速,已经实现了多项关键技术的突破和产业化应用,同业也应看到核心零部件在耐久性、生产一致性、成本以及性能方面与国外存在的差距,本土化革命之路尚未成功。
图表12我国氢燃料电池系统核心组件发展水平及进展
另外,国内石墨双极板已然成熟,同时金属双极板开始出货。典型供应商如上海弘枫石墨双极板产能达400万片,而上海治臻已给国内核心主机厂及电堆企的大规模量产供货。
近年来,燃料电池电堆性能在各个方面均有较大的提升,与“十三五”初期产品相比,电池堆功率提升37%低温冷启动温度提升60%,最高效率提升9%,金属板电堆寿命提升67%。技术创新的同时,越来越多的企业入局燃料电池产业,不断提升电堆与系统的国产化程度。
辅助系统方面,目前BOP产品的大功率、低能耗发展开始加速,技术也已相对成熟,产业化便可实现快速降本。多家燃料电池企业相继发布了250kW系统、300kW电堆产品,这使得空压机、循环泵、增湿器、DCDC和电子水泵等核心BOP部件在适配性以及降能耗方面需求明显。势加透博、金士顿、海德韦尔、华涧新能源、东德实业、毅合捷、蜂巢蔚领等空压机企业正在大力推进膨胀机的研发,其中部分已取得阶段性进展。
氢燃料电池系统关键零部件及典型供应商
1、电堆
由多个单体电池以串联方式层叠组合构成,将双极板与膜电极交替叠合,各单体之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢。代表供应商:
国鸿氢能:公司积极引进多名国内外氢能燃料电池行业专家,核心研发团队具备多年的燃料电池系统开发背景及丰富的整车开发经验,拥有完整的自主知识产权,标准的开发流程以及完善的质量管理体系,并在电堆、动力系统开发方面具备领先的工程设计和试制能力。
神力科技:公司在燃料电池系统、电堆和柔性石墨双极板方面积累了丰富的产品开发经验,具备完整的正向开发体系,拥有一支300多人的专业队伍,其中研发人员占比超40%,并与清华大学、上海交大等十几所国内知名高校合作,建立高层次的产学研合作平台。
2、膜电极
一种特殊的电极,由一层薄膜覆盖在电极表面上,这种电极具有很多优点,例如高灵敏度、高选择性、高稳定性等。代表供应商:
唐锋能源:拥有燃料电池膜电极设计、材料、工艺、设备、测试评估等全套核心技术,拥有一百余名员工的高新技术企业,研发团队包括1名教授级高工、8名博士、20余名硕士等三十多位优秀技术人才,以及来自国内一线主机厂、具有丰富生产管理经验的运营团队。
亿氢科技:亿氢科技有一支由国内外知名专家、业界精英组成的技术团队,以博士、硕士为主要研发力量,拥有多项技术发明专利,科研实力居于国内领先地位。同时,亿氢科技和清华大学、上海交大、华东理工等国内知名高校有着非常紧密的产学研关系。
3、质子交换膜
戈尔:戈尔的GORE-SELECT质子交换膜已应用于超过60,000辆燃料电池汽车,涵盖100多款车型,包括丰田的新一代Mirai、现代汽车的NEXO以及本田的Clarity燃料电池汽车,并已在全球范围内减少超过200,000吨的二氧化碳排放。
科慕:拥有数千名优秀员工,在全球拥有35个制造和实验室基地,为大约120个国家/地区的客户提供优质服务。凭借高质子传导性、低气体渗透性、高机械强度和稳定的化学耐久性等优点,科慕公司的Nafion质子交换膜是目前市场应用最广的质子交换膜之一。
东岳未来:历经十六年科研攻关,并与奔驰福特进行紧密应用技术合作,公司形成了从原料、中间体、单体、聚合物、到成膜技术、功能化技术等全产业链条,在全球具有独有的技术和成本竞争力。岳高性能燃料电池膜通过了奔驰6000小时测试,技术处于世界领先水平。
4、催化剂
一种以金属铂为主要活性组分制成的催化剂,采用铂金属网、铂黑、或把铂载于氧化铝等载体上,也可含有金属铼等助催化剂组分。代表供应商:
田中贵金属:田中贵金属工业在全球燃料电池用电极催化剂市场拥有较高份额,公司与中国成都光明派特贵金属有限公司签订技术支持协议,将在工厂内安装生产设备,将于2025年内开始生产面向中国市场的燃料电池用电极催化剂。
贵研铂业:构建三个层次的技术创新平台,即以产业为主的各产业技术研发平台、以贵研所和贵研铂业共建的以五个学科建设为主导的基础研究平台和研究生培养平台,以及国家级和省级企业研发平台,包括国家贵金属材料产业技术创新战略联盟,贵金属国家检测实验室等。
苏州擎动:已布局苏州、常熟、上海和河南四大研发与生产中心,现已拥有万平研发中心和生产基地,配备万级无尘恒温恒湿车间3座,催化剂产线两条(产能2,000kg/年),全自动膜电极直接涂布生产线和膜电极封装生产线各2条,MEA年产能可达200万片。
5、双极板
又称集流板,通常由两块单机板组成,采用密封胶粘或焊接的方法组合,密封性对于燃料电池的性能与安全至关重要。代表供应商:
上海弘枫:拥有自主知识产权和多项专利技术,产品有较高的市场占有率。获评国家工信部“专精特新”小巨人企业、上海市高新技术企业、上海市专利试点企业、上海市专精特新企业、青浦区小巨人企业、青浦区专利试点企业、青浦区高新技术研发中心等。
博远新能源:公司专注于燃料电池金属双极板的设计与制造,目前所推出的金属双极板,性能处于市场领先地位,技术指标远超DOE要求水平,耐久性可达到10000-15000h。