燃料电池产业发展研究报告

2013年6月末，联合国工作组会议上，来自日本、美国和欧盟等33个国家和地区的业界代表正式达成协议，制定出燃料电池车安全标准最终统一方案。按照该标准，车内用于燃料电池排水的排水管内氢气浓度不得超过4％。同时必须配备安全装置，以在管内氢气浓度达到4％后，阻止氢注入，防止爆炸。此外，在耐久性方面，要求容器在承受2万2千次提高或降低内部压力后也不发生变形。这样将能够保证即使在糟糕的情况下，氢燃料电池车也不会像人们所担心的那样容易发生爆炸。
　　2013年7月初，美国威斯康辛大学的研究人员制造出一种新的二硫化钼结构，其可以显著为水制氢反应提速，有望替代燃料电池车昂贵的铂，大幅降低成本。一直以来，水制氢反应中的常用催化剂为罕见且昂贵的铂。两则新闻并不起眼，但因为有关氢燃料的商业化使用而逐渐成为业内焦点。在混合动力还未大行其道、电动车仍在寻求突破的阶段，以氢气为代表的燃料电池车再次走入业界视线，受到来自市场越来越多的目光聚焦。
　　什么是燃料电池
　　氢燃料电池汽车和普通电动汽车有基本一致的电力驱动构造；它们之间的主要区别在于，前者的电池是一个小型发电设备--依靠氢和某种氧化物的化学反应产生驱动电能，而无需从电网充电。相较于传统电动车，燃料电池车可以改善传统电池过重、电能容量不足及长时间充电的缺点，行驶里程更长，燃料电池的发电过程可视为水电解的逆反应，发电过程中只有水份的排放，因而是清洁的动力能源。
　　氢燃料汽车有更长的历史。早在19世纪初，就已经出现了利用汽油内燃机工作原理试制的氢内燃机，因为两者工作原理基本相同。宝马和马自达公司都开发过多款氢内燃机汽车。其中, 宝马在2007年推出的BMW H2R被视为经典氢能赛车。而当前的氢燃料电池汽车则是起源于上世纪六十年代，被认为更具技术和市场优势。一度被业界寄予厚望。
　　近几年随着电动车的兴起，加上氢燃料电池车在开发上遇到成产成本高、燃料储存难、标准不统一等困难，燃料电池车逐渐受到冷遇，各汽车厂商纷纷转而押宝电动EV。宝马公司氢动力7系早前已经上市，但在09年，宝马当时的研发总监KlausDraeger表示将放弃在氢能源驱动汽车的研发，将重心转移到纯电动车上；而在2011年美国奥巴马政府宣布将停拨氢燃料电池汽车的研发经费。
　　如今，情况有了变化。随着氢气提取、储存技术的不断提高和燃料电池安全标准的统一，再加上EV电动车市场销售受挫以及相关技术瓶颈有待突破，以氢气为代表的燃料电池汽车是否能再度发力，迎来发展春天？
　　现代不落后
　　2013年3月7日，韩国蔚山港，现代汽车将17辆途胜ix氢燃料电池车装载到了货轮上。其中15辆运往丹麦，2辆运往瑞典。据现代汽车介绍，这些车已于今年4月正式在欧洲政府及公共机关交付使用。而在此之前的2013年2月26日，随着现代汽车ix35燃料电池车批产型号在韩国蔚山工厂下线，现代成为全球首个批量生产氢燃料电池车的车企。
　　现代公司介绍，途胜ix氢燃料电池车搭载现代汽车单独开发的燃料电池系统和储氢系统。氢燃料罐的填充压力高达70MPa，两个氢燃料罐分开设置于车辆后方，重量为5.6kg，填充一次的续航距离为594公里，行驶里程是纯电动车的近4倍。现代汽车从1998年开始着手研发氢燃料电池车，2000年11月发布以胜达为型号的氢燃料电池车，2006年开发成功途胜氢燃料电池车。现代汽车计划到2015年共生产1000台ix35燃料电池车。
　　强大的丰田
　　而作为新能源汽车市场佼佼者，在纯电动以及混合动力领域占有优势的日系厂商同样保持着对氢燃料电池车的积极研发和优势话语权。在今年3月初的第九届东京国际氢燃料电池展上，以丰田、本田、日产等为代表的汽车厂商展示了丰田FCHV-adv、日产X-TRAIL FCV、本田FCX Clarity等日系FCV（燃料电池汽车）的研发成果。FCV取代EV（电动车）成为本届新能源汽车展的新亮点，有分析人士则认为，这表明接下来燃料电池技术将成为新能源汽车的又一发展方向。
　　早在两年前的2011日本东京车展上，丰田在全球首次公开了轿车款燃料电池车（FCV）"FCV-R"。FCV-R配备70MPa的高压氢燃料罐。两个形状各异的燃料罐分别配备在后座下方和后座背面下方。氢气填充量约为5kg，在JC08模式下可以实现700km以上的行驶距离。虽然还是概念车，不过当时的丰田代表董事副社长内山田竹志介绍说"这是我们基本会按照这一概念开发的车辆，我们将于2015年前后上市轿车款FCV"。
　　丰田当时并没有公布燃料电池组的输出功率。关于将减速能量再生充电的充电电池，该公司表示"还在探讨是采用锂离子充电电池还是采用Ni-MH充电电池。电池容量原则上与混合动力车（HEV）同等级别"。而去年9月24日的技术说明会上，丰田则公开了为预定2015年上市的燃料电池车（轿车款）正在开发的燃料电池组。
　　丰田技术人员在场介绍称"输出功率密度达到了3kW/L，目前为全球最高"。与丰田的现有燃料电池组"FCHV-adv"相比，该产品的输出功率密度提高到了两倍以上，容积缩小到了约一半左右，去掉了燃料电池组曾经必不可少的加湿模块，还实现了氢燃料罐的自产。
　　丰田称，对提高输出功率密度最具效果的是电极形成技术。其中数μm粒径的铂类催化剂无需凝结即可涂布的工艺贡献巨大"。从调配到涂布，都做了切实的改进"。据称是用喷雾器将其涂布在支撑体上而实现的。
　　而来自丰田的最新消息显示其外形酷似普锐斯的氢燃料电池(hydrogen fuel cell) 车的量产版很可能将于今年年底11月份的东京车展发布。它的价格可能在7万美金左右，约合人民币43万。也有消息人士指出，此次丰田要在美国销售的氢燃料电池轿车很可能采用雷克萨斯的品牌。
　　美日合作
　　7月2日，本田负责燃料电池车开发的常务执行董事福尾幸一就该公司与通用汽车在FCV领域的合作一事向外界作出说明。福尾表示，普及FCV的"目标十分遥远，还有很长的路要走"。两公司将各自提供一半的开发费用与研发人员，"长期致力于这项工作"。而对于混动汽车的大行其道，福尾则表示；"FCV在本田长期战略中的重要性不会改变，今后的开发人员也不会减少。"
　　本田与通用的合作内容包括，以2020年前后实现FCV的实用化为目标，联合开发新一代燃料电池系统和储气系统，并共同致力于氢气基础设施的建设以及标准化。本田表示，双方"将相互公开各自拥有的技术，建立起能使技术人员开放讨论的体制"。通用汽车从2007年开始在北美实施"Project Driveway"实证实验，使用119辆FCEV累计行驶了约480万公里。该公司还计划另行发布FCEV的生产计划。
　　本田从2002年开始在日本和美国租售"FCV"，加上"FCX Clarity"，此前已在日本和美国销售了85辆FCEV，并收集了行驶数据。本田还在美国向普通客户租借FCEV，用以积累实际生活中普通用户的实用性方面的数据。日前，本田公司则宣布将于2015年在欧洲推出FCX Clarity的后续车型FCEV。
　　前段时间，本田还宣布已经在日本福冈县北九州市启动了由燃料电池车（FCV）向住宅供电的实证试验。该公司开发出了配备最大输出功率为9kW的外部供电功能的FCV"FCX Clarity"，已于2013年4月9日交付北九州市。这是日本首次在"V2H"（Vehicle to Home，由汽车向住宅供电）的试验中使用FCV。FCX Clarity配备容量为17L的35MPa高压氢燃料罐。
　　联盟开发
　　早在2005年，日产汽车就宣布其燃料电池车"X-TRAIL FCV"已于当年12月13日获得了日本国土交通大臣的认定。"X-TRAIL FCV"配备有日产自主开发的燃料电池组。电池组的体积减少了约60%，发电能力则提高到90kW，最高速度达到了150km/h。储氢罐容量减小15%，但由于提高了燃料电池系统的效率，其连续行驶距离由350km提高到370km以上。而其最新推出的日产"X-TRAIL FCV"则采用氢燃料电池驱动，除氢燃料电池外，还装备了高压氢容器、小型锂离子电池、减速机一体型同轴电机。
　　日产公司已开发出了输出密度为2.5kW/L 的燃料电池组。2013年2月1日又新设了"FCEV开发推进室"。此前FCV的开发由纯电动汽车开发部门负责，日产现在将其独立出来，以求尽快向市场投放FCV。而在此稍早的1月28日，日产- 雷诺公司与戴姆勒、福特公司签署了一份三方合作协议，结成战略合作关系，共同加快燃料电池汽车技术的商业化，联合开发一款通用燃料电池系统，并计划于2017年推出第一款FCV，并且将共用部件来降低成本，尽快实现量产普及。
　　德国人来了
　　奔驰母公司戴姆勒所拥有的以氢为燃料作为动力的汽车技术被业界认为是该领域最为先进的，戴姆勒的氢燃料推进系统也已经做好了投入批量生产的准备。它已经与天然气生产商Linde进行合作，将在德国建设20处氢气灌注站。
　　2013年1月24日，宝马公司与丰田公司也宣布了在FCV方面的合作，这两家公司计划将于2020年左右推出燃料型汽车。协议涉及丰田汽车将燃料电池技术的特许权给予宝马汽车公司，并为宝马提供传动系统以及氢储存技术。宝马汽车公司将利用这一技术将在2015年前研发出一款搭载氢燃料电池的新车型，并计划在2020年投放市场。
　　此前，宝马曾宣布暂停氢燃料汽车的开发。而在不久前BMW i3电动车全球首发后，其最新的动作是宣布加入开发氢燃料电池的行列。8月2日，BMW（宝马）的首席执行官Dr.NorbertReithofer证实了BMW集团正在探索将氢燃料电池应用在电动车上的可能性，他提到"正在开发氢燃料电池混合动力系统"，因为使用燃料电池将可以大幅的减少传统电动车充电的时间，并且在零排放的情况下获得更长的巡航距离。
　　燃料电池的燃料
　　富士经济公司统计显示，燃料电池车的全球市场规模在2013年尚不足亿元，而到2025年有望猛增至1800亿元左右，潜在市场空间较大。这也正是各汽车厂商竞相下注的重要动力。但各开发厂商需要解决的第一个问题是：车辆开发成本的高企不下，直接导致车辆市场价格的偏高。尽管在制氢技术方面已经有所突破，但离其真正实现工业应用，减少制造成本还有一段距离。
　　以目前全球最先量产的现代ix35燃料电池车为例，其制氢成本大约为汽油成本的2至4倍。目前，现代汽车每辆氢燃料车的生产成本约为1亿韩元（约合55万人民币），现代公司期望能将该车生产成本减半至44700美元（约合人民币28万元）。
　　燃料电池汽车也面临着另外一个尴尬的境地，即消费者关心燃料灌注网络的大规模普及时间，而基建投资者却在等待燃料型汽车全面普及。对于各汽车巨头的强强合作，有业内分析师则指出，这些合作并不单单是车辆开发。更深一层的目的是敦促各国政府全面构筑普及FCV不可或缺的加氢设施。每座需要数百万美元的加氢站的普及是开发FCV的汽车厂商最大的障碍。