原標題：2019年中國燃料電池電堆研發單位、競爭格局及成本結構分析
在燃料電池產業鏈中，電堆是處於中遊核心環節。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遊，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，下遊應用對應交通領域和備用電源領域，主要是客車、轎車、叉車、固定式電源和可攜式電源等。
一、中國燃料電池電堆行業概況
電堆是燃料電池最關鍵部件，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、後端板壓緊後用螺杆緊固拴牢，即構成燃料電池電堆。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。組成電堆的單體電池主要由雙極板和膜電極組成。膜電極包含了質子交換膜、催化劑和氣體擴散層。
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電堆成本結構中催化劑和雙極板的成本佔比較高，分別達到36%以及23%。催化劑通過技術進步降低鉑含量降低成本。
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相關報告：華經產業研究院發布的《2019-2025年中國燃料電池電堆行業市場前景預測及投資戰略研究報告》
二、燃料電池電堆行業發展現狀
日韓車企多自主研發電堆，歐美車企同電堆企業合作。目前來看，日韓和歐美的整車廠採用不同的電堆策略。日韓廠商大多自行開發電堆，並不對外開放，例如豐田、本田、現代等。歐美廠商很多採用合作夥伴電堆來開發發動機，例如奧迪(採用加拿大巴拉德定製開發的電堆)和奔馳(採用奔馳與福田的合資公司AFCC的電堆)。
Ballard和Hydrogenics電堆產品已經過長期運營驗證。目前國外可以單獨供應車用燃料電池電堆的知名企業主要有加拿大的Ballard和Hydrogenics。歐洲和美國正在運營的燃料電池公交車絕大多數採用這兩家公司的石墨板電堆產品，已經經過了數千萬公裡、數百萬小時的實車運營考驗，這兩家加拿大電堆企業都已經具備了一定產能，Ballard還與廣東國鴻設立了合資企業生產9SSL電堆。
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1、雙極板
石墨電堆目前主要用於商用車，金屬板電堆有望在乘用車領域獲得突破。雙極板是電堆的核心結構零部件，起到均勻分配氣體、排水、導熱、導電的作用，佔整個燃料電池60%的重量和20%的成本，其性能優劣直接影響電池的輸出功率和使用壽命。雙極板材料目前主要是石墨雙極板和金屬雙極板。目前石墨電極板技術相對成熟，在市場上佔據了主要的份額。
石墨雙極板耐腐蝕性強、導電導熱性好，但氣密性欠佳、成本較高、加工時間長於金屬雙極板。得益於國家政策發展風向，在國內現已被大規模應用。石墨雙極板在技術層面及商業化層面都相對成熟，但如若繼續採用機械加工的方式，石墨雙極板的成本費用實難降低，不易實現大批量生產。若要降低成本，可從石墨材料進行優化，開發出性能更優、成本更低、可供模壓成型的碳基材料。
金屬雙極板功率高、成本低、耐抗壓，但抗腐蝕性差，成型工藝困難。金屬雙極板具有優異的導電、導熱性能、機械加工性、緻密性，以及強度高、阻氣性好等優勢，可以為汽車應用提供良好的動力密度、低溫(-40℃)啟動保障，適合大批量低成本生產。考慮到車輛空間限制問題，金屬雙極板未來有望在乘用車實現大規模應用。
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2、膜電極
膜電極是電堆的核心。膜電極組件由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層(氣體擴散層)組成。國外膜電極的供應商主要有3M、JohnsonMatthey、Gored等。豐田、本田等乘用車企業自主開發了膜電極，但不對外銷售。國產膜電極性能與國際水平接近，但在鉑載量、啟停、冷啟動、抗反極等方面與國際水平還有一定差距，目前武漢理工新能源有限公司已實現了商業化生產，產能已經達到5000平米，大連新源也自主生產膜電極，主要是自用為上汽的發動機配套。
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3、質子交換膜
從膜的結構來看，PEM大致可分為三大類：磺化聚合物膜，複合膜，無機酸摻雜膜。目前研究的PEM材料主要是磺化聚合物電解質，按照聚合物的含氟量可分為全氟磺酸質子交換膜、部分氟化質子交換膜以及非氟質子交換膜等。目前車用質子交換膜逐漸趨於薄型化，由幾十微米降低到十幾微米，降低質子傳遞的歐姆極化，以達到較高的性能。但是薄膜的使用給耐久性帶來了挑戰，尤其是均質膜在長時間運行會出現機械損傷與化學降解，在車輛工況下，操作壓力、乾濕度、溫度等操作條件的動態變化會加劇這種衰減。迄今最常用的質子交換膜(PEMFC)仍然是美國杜邦公司的Nafion？膜，具有質子電導率高和化學穩定性好的優點，目前PEMFC大多採用Nafion？等全氟磺酸膜。
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質子交換膜國產進程處於提速階段。質子交換膜是膜電極中最核心的部件之一。質子交換膜必須具有較高的質子導電性、必須有足夠低的氣體滲透率、在運行環境下具有足夠的化學和機械穩定性等三個主要的技術要求，還應有低廉的價格。
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4、催化劑
催化劑以Pt(鉑)催化劑為主，低Pt催化劑是燃料電池的主要技術方向，目前燃料電池中常用催化劑是Pt/C，即由Pt的納米顆粒分散到碳粉(如XC-72)載體上的擔載型催化劑，目標是使FCV的鉑用量低於傳統汽車三元催化中鉑的用量的，而製備殼型結構的催化劑是降低催化劑用量的一個有效的方法。
催化劑海外企業領先，國內正起步。海外企業處於領先地位，已經能夠實現批量化生產。其中英國JohnsonMatthey和日本田中(本田燃料電池車Clarity催化劑供應商)是全球鉑催化劑的巨頭。國內企業尚處於研究階段。
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三、燃料電池電堆行業競爭格局
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，產能量級快速提升。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。
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1、新源動力
新源動力涵蓋了燃料電池質子交換膜等各個環節，技術水平國內領先。新源動力在國內率先實現了燃料電池實驗室科研成果向現實生產力的轉化，燃料電池中試基地，生產、測試裝備齊全，已實現燃料電池關鍵材料及關鍵部件、電堆組裝的小批量生產。新源動力江蘇子公司將建成可年產5500KW燃料電池堆用關鍵部件的批量生產線，成為我國第一個燃料電池材料及部件的產業化生產基地。上海子公司將成為新源動力的系統集成、總成生產與技術服務中心。第十五屆東京燃料電池展覽會上，中國燃料電池廠商新源動力全球首次發布最新一代燃料電池電堆模塊HYMOD？-70。新產品系新源動力研發的第三代金屬雙極板質子交換膜燃料電池，單堆功率85kW，電堆體積功率密度突破3.3kW/L，具備良好的低溫適應性，可在-30℃啟動/-40℃存儲，適用於乘用車和商用車，已獲多家主機廠小批量訂單。
HYMOD？-70六大顯著技術優勢
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2、上海神力
上海神力科技有限公司是國家科技部重點培育、上海市政府重點支持的民營新能源高科技企業。公司承擔並完成國家「九·五」重點攻關計劃、「十·五」863及「十一·五」863重大攻關計劃燃料電池發動機課題，擁有完全自主智慧財產權的燃料電池技術。公司自主開發的C290-30燃料電池模塊通過國家強制檢測認證，達到國內領先水平。
3、廣東國鴻
廣東國鴻氫能科技有限公司是在廣東省委、省政府大力支持下和佛山、雲浮兩市政府直接領導下，於2015年6月成立的一家以氫燃料電池為核心產品的高科技企業，是國內最早介入燃料電池新能源汽車開發的企業。2017年6月30日廣東國鴻氫能科技有限公司在廣東雲浮市建成投產了全球最大的商用燃料電池9SSL電堆生產線，並成功調試出全球首條燃料電池電堆全自動生產線。2017年全年生產了9SSL電堆2000多個，每個電堆功率15KW，採用石墨柔性雙極板。截至目前，公司已成為國內燃料電池領域的龍頭企業。公司主要產品9SSL燃料電池電堆和HD85、MD30、MP30車用燃料電池模塊，市場主要集中在國內，目前公司的海外市場正在規劃當中。
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(責任編輯：DF529)
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文章來源:東方財富網
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