氫能源行業報告--電堆篇

電堆成為中國燃料電池產業發展的關鍵因素之一,低成本、高性能、批量供應的國產電堆是燃料電池汽車成本下降從而與傳統汽車競爭的關鍵。

從成本上看,電堆佔燃料電池系統的成本一半,是燃料電池車裡裡單一價格最高的部件,隨著產能擴張,未來電堆成本有望在下降50%以上;

從性能上看,電堆性能是燃料電池系統乃至整車性能的決定因素;

從技術上看,電堆是整個系統裡技術含量最高部分,無論從流道設計、催化劑製備、MEA合成都有相當門檻。

目前電堆國產化取得長足的進步,關鍵零部件能實現不同程度的國產化,雖然與國際先進水平仍有差距,但隨著不斷投入,我們認為差距會迅速縮短:

膜電極:目前進口產品與國產產品並存,以武漢理工新能源為代表的國內企業可批量提供產品,隨著新的業者加入,國產比例將不斷提高;

質子交換膜:國內產品從批次品質看達到要求,由於供應鏈的原因並未佔據主流份額,隨著國內產業發展,國產質子交換膜的替代將加快;

極板:石墨極板有企業批量供貨,金屬極板有企業小批量生產。國內市場目前以商用車為主導,石墨極板也許是一段時間性價比合適的選擇;

催化劑:目前催化劑來源以國際大廠為主,國內有企業開始進入。催化劑方面,之前擔心的銷的供應問題隨著單耗的迅速下降也已不成問題。


投資方面,我們繼續看好燃料電池產業以及電堆這個產業的核心,企業方面,繼續推薦巴拉德動力(BLDP)、大洋電機(002249.Sz)、富瑞特裝(300228.sz)、雄韜股份(002733.Sz)、東嶽集團(0189.HK)。

氫燃料電池發展路線:商用車帶動加氫站建設,降低氫氣與燃料電池成本

中國燃料電池汽車發展路徑明確:通過商用車發展,規模化降低燃料電池和氫氣成本,同時帶動加氫站配套設施建設,後續拓展到私人用車領城。優先發展商用車的原因在於:一方面公共交通的平均成本低,而且能夠起到良好的社會推廣效果,形成規模後帶動燃料電池成本和氫氣成本下降;另一方面商用車行駛在固定的線路上且車輛集中,建設配套的加氫站比較容易。當加氫站數量增加、氫氣和燃料電池成本降低時,又會支撐更多燃料電池汽車。

  • 燃料電池多地開花,20省市推動產業發展

全國以富氫優勢、棄電較多或者產業領先為代表的地區重視燃料電池發展,多地市興建氫能產業園區,氫能小鎮和產業集群等,推動燃料電池公交、物流車示範運營,截至目前超過20省市明確推動氫燃料電池產業發展。目前僅上海、鹽城、武漢、佛山和蘇州四城規劃顯示,到2020年燃料電池汽車數量近1萬輛。

氫能源行業報告--電堆篇

電堆

電堆是燃料電池最關鍵部件,性能滿足商業化需求電堆是最關健部件電堆由多個單體電池以串聯方式層疊組合構成。將雙極板與膜電極交替疊合,各單體之間嵌入密封件,經前、後端板壓緊後用螺桿緊固拴牢,即構成燃料電池電堆。

電堆是發生電化學反應場所,燃料電池動力系統核心部分。電堆工作時,氫氣和氧氣分別由進口引入,經電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板,經雙極板導流均勻分配至電極,通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。

氫能源行業報告--電堆篇

在燃料電池產業鏈中,電堆是處於中游核心環節。催化劑、質子交換膜、氣體擴散層組成膜電極和雙極板構成電堆的上游,電堆與空壓機、儲氫瓶系統、氫氣循環泵等其它組件構成燃料電池動力系統,下游應用對應交通領域和備用電源領域,主要是客車、轎車、叉車、固定式電源和便攜式電源等。

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  • 電堆性能商業化的三大瓶頸:耐久性、低溫啟動和鉑金需求方面。

而我們可以驚喜的看到,在行業的高端領域,已經有企業和研究機構做出了喜人的成績

耐久性方面,豐田和新源動力轎車用電堆壽命超5000h,Ballard FCvelocity-HD6燃料電池已經達到超過25000小時時間的耐久性記錄,已經滿足日常乘用車和商用車使用需求。轎車用電堆耐久性達到5000h,普通乘用車用戶日均行駛2h,轎車可使用7年:商用車電堆耐久性達到25000h,一輛商用車日均行駛8h,使用時間可達到8年。

低溫性能方面,目前電堆的可承受溫度範圍一直在擴張,豐田燃料電池汽車和本田燃料電池汽車分別實現了-37℃和-30℃啟動;即使在冬天,燃料電池汽車依然可以滿足日常使用。

鉑金需求方面,目前本田電堆鉑金載量已經低至0.12g/kg,鉑載量還處於持續下降過程中,鉑金不會成為燃料電池發展瓶頸。以本田Clarity為例,單輛燃料電池車催化劑耗的已經降至10g左右,而單輛柴油車需要5g做鉑金作為尾氣淨化催化劑,目前燃料電池催化劑鉑金用量已經降至產業化水平,而且處於持續下降中,不會引起鉑金需求短缺。假設到2025年單車軸截量5g計算,燃料電池汽車100萬輛計算,鉑金需求量5噸,相對2017年鉑金用量244噸,邊際增量只有2%;考慮燃料電池銷裁量持續下降和非貴金屬催化劑的發展,燃料電池汽車規模化的資源瓶頸並不存在。

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  • 我國燃料電池電堆技術發展水平

我國掌握燃料電池關鍵材料、部件及電堆的關健技術。經過863計劃,我國初步掌握了燃料電池關鍵材料、部件及電堆的關鍵技術,基本建立了具有自主知識產權的車用燃料電池技術平臺,燃料電池在國內外開展了多次示範運行。在2015年,我國燃料電池電堆性就能已經達到達到:-20℃。啟動及-40℃存儲;壽命3000h;功率密度2kWL、比功率1.5KWkg;能量效率55%。

  • 目前國內的電堆生產廠商

目前國內燃料電池電堆正在逐漸起步,電堆及產業鏈企業數量逐漸增長,產能量級提升,到2018年國內電堆產能超過40萬kW。目前國內電堆廠商主要有兩類:(1)自主研發,以新源動力和神力科技為代表;(2)引進國外成熟電堆技術,以廣東國鴻為代表,其餘企業有南通百應、嘉興愛德受等。

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新源動力長期致力於燃料電池研發生產,公司現有產能1.5萬kW/年。其開發的HYMOD-300型車用燃料電池電堆模塊,採用高穩定性、高性能的“膜基催化層膜電極設計”和高可靠性的“複合雙極板結構”,達到車用燃料電池5000小時的耐久性,可以實現電堆-10℃低溫啟動,-40℃儲存。

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廣東國鴻於2016年5月引進加拿大巴拉德簽署引進9SSL電堆生產線技術,並在國內建設年生產2萬臺電堆(30萬kW)和5000套系統的生產線,生產線於2017年7月1日正式投產。9SSL系列燃料電池電堆是為交通領域設計的液冷式電堆產品,能夠滿足車用車載動態特性要求。它具有良好的單電池均一性,工作壽命超過2萬h,最長壽命超過2.5萬h。巴拉德9ssl電堆的9SSL系列電堆產品自2009年生產至今已累計生產電堆超過10,000臺,部署量達到320MW,產品的成熟性已經過充分的市場驗證。

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  • 電堆成本有較大下降空間

電堆成本在燃料電池汽車中佔比最高。目前燃料電池電堆實現小規模放量和初步國產化,電堆成本已經實現有力下降。隨著規模放大以及電堆產業國產化,電堆成本預計可降60%。具體到各個環節來看,氣體擴散層隆本主要由規模化效應驅動:而質子交換膜、催化劑和雙極板降本則需國內工藝進步和規模化加以推進。

  • 國內電堆產業鏈出具雛形

國內燃料電池電堆產業鏈初成雛形,上游廠商齊全,膜電極、質子交換膜和雙極板具備國產化能力,氣體擴散層有小批量供應,催化劑具備研發能力。

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電堆產業鏈相關上市公司

燃料電池汽車產業和電動汽車產業發展邏輯類似,我們認為當下的燃料電池汽車產業就如同2012年的電動汽車,正處於產業化導入期,孕育著巨大的投資價值。我們繼續看好燃料電池產業以及電堆這個產業的核心,企業推薦巴拉德動力(BLDP)、大洋電機(002249.sz)、富瑞特裝(300228.sz)、雄棉股份(002733.sz)、東嶽集團(0189.HK)。

電堆產業鏈相關公司

電堆:巴拉德動力(BLDP)、大洋電機(持股巴拉德9.9%),雄韜股份(持股氫璞創能21.74%)、長城電工(持股新源動力8.97%)、南都電源(持股新源動力8.12%)。

·催化劑:貴研鉑業(與上汽集團關於鉑催化劑簽訂合作協議)。

·質子交換膜:東嶽集團(東嶽DF260膜技術已經成熟並已定型量產,二代規劃產能20萬平米)。

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