燃料電池行業(yè)投資潛力分析一、我國目前的技術(shù)情況（一）我國高溫燃料電池技術(shù)進(jìn)展我國自20世紀(jì)90年代以來，中國科學(xué)研究院大連化物所、上海交通大學(xué)等單位均對MCFC進(jìn)行過深入研究，在電解質(zhì)及其粉體制備、電池堆組裝及運(yùn)行方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行了千瓦級的發(fā)電試驗(yàn)。中國華能集團(tuán)公司于2005年實(shí)施綠色煤電計劃，研究開發(fā)并示范推廣以煤氣化制氫、氫氣輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和燃料電池發(fā)電為主，并能對CO2進(jìn)行回收和封存的煤基能源系統(tǒng)，使其達(dá)到污染物和CO2的近零排放。綠色煤電計劃一期將建造100kW的高溫燃料電池示范電站，在2020年前將建成兆瓦級的高溫燃料電池電站。由于MCFC在制造成本、電池堆容量、材料體系等方面比SOFC更成熟，應(yīng)為我國優(yōu)先發(fā)展的高溫燃料電池發(fā)電技術(shù)。2008年西安熱工研究院有限公司成功完成了大面積MCFC雙極板組裝電池堆的發(fā)電試驗(yàn)，大大提高了MCFC單電池的發(fā)電功率。目前，國內(nèi)已具備了進(jìn)行大容量MCFC電池堆開發(fā)的基礎(chǔ)。因此，高溫燃料電池的發(fā)展路線應(yīng)為近期優(yōu)先發(fā)展MCFC發(fā)電技術(shù)，盡快實(shí)現(xiàn)MCFC的大型化與產(chǎn)業(yè)化。（二）我國PEMFC燃料電池技術(shù)進(jìn)展我國對PEMFC也十分重視，多家研究機(jī)構(gòu)一直致力于此領(lǐng)域的研發(fā)。從“八五”計劃開始啟動PEMFC領(lǐng)域的研究，在“十五”、“863”計劃等開始進(jìn)行大規(guī)模的資助。在“九五”期間，國家科技部組織燃料電池研制項(xiàng)目重點(diǎn)攻關(guān)，經(jīng)過研究人員的協(xié)作努力，在質(zhì)子交換膜燃料電池研究上取得突出成績，特別是在200W、1kW、30kW燃料電池組及相關(guān)生產(chǎn)工藝技術(shù)、甲醇重整制氫技術(shù)、質(zhì)子交換膜原材料國產(chǎn)化、驅(qū)動與控制系統(tǒng)等方面都取得重要進(jìn)展。我國計劃到2010年世博會期間，將投入運(yùn)行20輛燃料電池公交車、300輛燃料電池出租車、1000輛電動汽車以及一批燃料電池場地車和郵政車。屆時，上海將建成5座加氫站來滿足這些車輛對氫燃料的需求。我國在關(guān)鍵零部件研發(fā)方面，突破了大功率氮一空燃料電池發(fā)動機(jī)組制備關(guān)鍵技術(shù)，研制出轎車用凈輸出30～60kW、客車用凈輸出60～150kW的燃料電池發(fā)動機(jī);車用驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)品的功率密度、效率等指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。在共性研發(fā)技術(shù)平臺建設(shè)方面，已經(jīng)建立了包括電動汽車整車、電動汽車動力蓄電池、驅(qū)動電機(jī)、燃料電池發(fā)動機(jī)等7個公共檢測和試驗(yàn)平臺，并制定出相關(guān)測試規(guī)范。此外，我國已建立起一批產(chǎn)業(yè)化的中試基地和中試生產(chǎn)線。另外，同濟(jì)大學(xué)以萬俐為組長的團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了電動汽車的重大專項(xiàng)。目前，我國在氫能及燃料電池領(lǐng)域大約有60多個研究所和公司，研發(fā)人員350多名。除中科院大連化物所、大連新源動力公司外，主要有長春應(yīng)化所、上海有機(jī)所、上海交大、復(fù)旦大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海大學(xué)、上?？臻g電源研究院、山西煤化所、清華大學(xué)、北京石油大學(xué)、北京理工大學(xué)、天津大學(xué)、廈門大學(xué)、華中理工大學(xué)和成都電子科技大學(xué)等研學(xué)機(jī)構(gòu)。除了高校、研究所等科研機(jī)構(gòu)外，近年來國內(nèi)也涌現(xiàn)出幾家與氫能及燃料電池領(lǐng)域相關(guān)的公司，比較出名的是北京世紀(jì)富源燃料電池公司、上海神力科技公司、新源動力股份有限公司、北京飛馳綠能電源技術(shù)有限責(zé)任公司等。北京世紀(jì)富源燃料電池公司從1995開始，對質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)進(jìn)行了開發(fā)和研究，目前已研制出單堆功率為50W，750W，115kW，5kW，10kW，30kW等不同規(guī)格的燃料電池模塊，以及3W手機(jī)燃料電池，30W筆記本電腦燃料電池，300W燃料電池電動助力車和電動自行車;上海神力科技有限公司是從事PEMFC及相關(guān)材料的研究、開發(fā)和生產(chǎn)的民營企業(yè)。目前，神力科技已成功研發(fā)了以下產(chǎn)品：1～10W手機(jī)、SL系列筆記本電腦用燃料電池；10～100W燃料電池便攜式電源和獨(dú)立電源；100～1000W電動自行車、助力車和背負(fù)式電源用燃料電池；1～15kW摩托車、旅游車、移動電源和家用電站用燃料電池；20～50kW級(氫-空氣)轎車、中巴等交通工具用燃料電池；新源動力股份有限公司以中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所“九五重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目”———質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)為依托，以眾多國內(nèi)一流燃料電池領(lǐng)域的專家、技術(shù)骨干為研發(fā)中堅，以包括36項(xiàng)發(fā)明專利和10余項(xiàng)專有技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)為核心技術(shù)，致力于實(shí)現(xiàn)燃料電池產(chǎn)業(yè)化。目前研制成功的5kW的PEMFC已通過國家專家組的驗(yàn)收，并獲得全國發(fā)明金獎；北京飛馳綠能電源技術(shù)有限責(zé)任公司是一個具有獨(dú)立研究開發(fā)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的全套工藝技術(shù)、工裝和裝備并擁有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的科研生產(chǎn)實(shí)體，并已獲得4項(xiàng)國家發(fā)明專利，申報4項(xiàng)專利技術(shù)，擁有20多項(xiàng)專有技術(shù)。現(xiàn)已開發(fā)出六大類、五個系列的20多種產(chǎn)品供用戶選擇，可用于燃料電池電動汽車、不間斷電源、小型電站和便攜式可移動電源。我國燃料電池的研究工作已表明，中國的質(zhì)子交換膜燃料電池已經(jīng)達(dá)到可以裝車的技術(shù)水平；大連化學(xué)物理研究所等單位研制的質(zhì)子交換膜燃料電池已具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高技術(shù)成果；在燃料電池研究方面我國可以與世界發(fā)達(dá)國家進(jìn)行競爭，而且在市場份額方面，我國可以并且有能力占有一定比例。PEMFC關(guān)鍵技術(shù)PEM、電極、鉑催化劑、雙極板和貯氫技術(shù)都屬PEMFC的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)一定程度上決定了PEMFC的性能與成本，因此，產(chǎn)業(yè)化第一步必須實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破與產(chǎn)業(yè)化。（1）質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜(PEM)是PEMFC的關(guān)鍵部件，它不只是一種隔膜材料，還是電解質(zhì)和電催化劑的基底。用作PEM的材料應(yīng)該具備如下條件：具有良好的離子導(dǎo)電性，可降低電池內(nèi)阻，提高電流密度；材料的分子量要充分大等。目前研發(fā)的主要重點(diǎn)是研制性較好的復(fù)合膜、耐高溫膜、自增濕膜。（2）PEMFC雙極板在PEMFC中，膜、催化劑和雙極板材料費(fèi)用占了整個電池的絕大部分。雙極板呈多個疊層結(jié)構(gòu)，電池堆依次由有肋雙極板、陽極、電解質(zhì)基質(zhì)和陰極構(gòu)成。雙極板的功能及與材料相關(guān)的要求是能夠分隔氧化劑和還原劑，雙極板必須有阻氣功能，不能用多孔透氣材料，能夠起到收集電流的作用，必須采用電的良導(dǎo)體。各國正在開發(fā)的雙極板有表面改性的金屬板、膨脹石墨板和復(fù)合型雙極板。（3）PEMFC催化劑目前質(zhì)子交換膜燃料電池主要使用碳黑擔(dān)載鉑(Pt/C)催化劑，其有效活性表面積在燃料電池的運(yùn)行過程中會逐漸下降運(yùn)行過程中會逐漸降低，這被認(rèn)為是決定PEMFC壽命的關(guān)鍵因素。催化劑性能衰減機(jī)制主要有三個方面：碳載體的腐蝕，鉑的氧化、溶解和聚集，雜質(zhì)CO等的毒化失效。作為電催化劑，它必須具備的條件是：高性能的陰極催化劑必須能夠通過降低陰極的過高電位來加快氧的還原速度，陽極電催化劑必須能夠催化氫的氧化進(jìn)程；由于CO、CO2和重整氣中的一些污物會引起催化劑中毒，因此要求電催化劑能夠抗催化劑中毒；Pt是貴金屬，資源有限，價格昂貴，所以降低電催化劑成本的主要研究方向是提高鉑的利用率，降低單位面積電極的鉑載量，研制低鉑電催化劑以及取代鉑的非鉑催化劑。（4）膜電極及其制備工藝膜電極(MEA)是PEMFC的核心部件，膜電極的制備工藝一定程度決定了PEMFC的性能。直到80年代中期，PEMFC膜電極的Pt載量仍高達(dá)4mg/cm2。目前，MEA的組裝多采用“三明治”結(jié)構(gòu)。（5）貯氫技術(shù)PEMFC是以氫氣作為燃料，因?yàn)闅錃庥衅洳豢商娲膬?yōu)越性。氫既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為燃料用于燃料電池；貯氫技術(shù)是新能源開發(fā)中的一個重要領(lǐng)域，也是PEMFC產(chǎn)業(yè)化開發(fā)上游燃料供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)。貯氫技術(shù)目前仍有很多困難。①貯氫材料在吸放氫循環(huán)過程中發(fā)生粉化，在氣流驅(qū)動下粉末會逐漸堆積形成堆垛區(qū)，這既增加了氫氣流動阻力也導(dǎo)致了容器變形或破壞。改善傳熱傳質(zhì)的研究工作主要集中在制備復(fù)合貯氫材料及容器優(yōu)化設(shè)計方面。②高壓氫作氫源的問題。用高壓氫作車用燃料電池的氫源有不安全性的問題。過去用一般的高壓氫作氫源，儲氫量太少。另外，制備如此高壓的氫源，要消耗大量的能量，因此，氫燃料的價格也高。③車用高溫裂解制氫裝置作氫源。用車載的甲醇、汽油或天然氣高溫裂解制氫裝置來作氫源。但這種車載制氫技術(shù)有一些問題比較難解決：用裂解方法制得的氫氣含大量的CO，即使經(jīng)過分離，但會有少量CO，而CO能使目前使用的PEMFC的陽極Pt催化劑中毒；這種技術(shù)需要較高的溫度，如作為車載的制氫設(shè)備，要一直保持高溫，也有很大的難度。所以，這種技術(shù)很難得到實(shí)際的使用，美國基本上已放棄了這個途徑。④儲氫材料儲氫作氫源。用儲氫材料儲氫作汽車用PEMFC的氫源，只有當(dāng)儲氫容量在重量比達(dá)到5%～7%左右時才有價值，但目前儲氫材料的儲氫重量比一般在2%左右，要進(jìn)一步提高儲氫量比較困難。有的材料，如鎂合金雖然能儲3%左右的氫，但儲氫和放氫過程不太可逆，使用不便。因此，用儲氫材料的方法來解決PEMFC電動汽車氫源的問題也不是近期內(nèi)能實(shí)現(xiàn)的。（三）我國直接甲醇燃料電池技術(shù)最新進(jìn)展直接甲醇燃料電池(DirectMethanolFuelCell)屬于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中之一類，直接使用水溶液以及蒸汽甲醇為燃料供給來源，而不需通過重組器重組甲醇、汽油及天然氣等再取出氫以供發(fā)電。相較于HYPERLINK質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，直接甲醇燃料電池(DMFC)低溫生電、燃料成分危險性低與電池結(jié)構(gòu)簡單等特性使直接甲醇燃料電池(DMFC)可能成為可攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用的主流。直接甲醇燃料電池自20世紀(jì)60年代初問世以來，就以其操作溫度低、能量效率高、無電解質(zhì)腐蝕、無環(huán)境污染、安全可靠等特點(diǎn)，迅速發(fā)展成為國際高新技術(shù)競爭中的重要熱點(diǎn)之一。我國政府對燃料電池的研發(fā)高度重視，將其列為“國家科技中長期發(fā)展規(guī)劃”中能源、交通、電子等領(lǐng)域的重要研究方向和急需開拓的尖端高技術(shù)。由中科院長春應(yīng)化所、中科院大連化物所、南京師范大學(xué)、南通海陽新材料科技公司共同承擔(dān)的國家“863計劃”目標(biāo)導(dǎo)向項(xiàng)目——直接甲醇燃料電池技術(shù)，通過了科技部組織的中期項(xiàng)目檢查。結(jié)合國家戰(zhàn)略需求和國際燃料電池的發(fā)展態(tài)勢，中科院長春應(yīng)化所早在20世紀(jì)90年代初就在國內(nèi)率先開展了直接醇類燃料電池的研究，對該類電池的催化氧化催化劑，催化電極、催化電極/質(zhì)子交換膜復(fù)合體等進(jìn)行了較系統(tǒng)的探索，“九五”和“十五”期間又在中科院、國家基金委和科技部的支持下，持續(xù)開展了直接甲醇燃料電池的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，在陽極催化劑、陰極催化劑、質(zhì)子交換膜、電池的設(shè)計和組裝等方面均取得了較大進(jìn)展，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。大連化物所DMFC筆記本電源從開發(fā)低成本長效發(fā)電的直接甲醇燃料電池發(fā)電技術(shù)，為直接甲醇燃料電池實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化奠定重要基礎(chǔ)的目標(biāo)出發(fā)，2007年5月該所與中科院大連化物所、南京師范大學(xué)和南通海陽新材料科技有限公司獲得國家“863計劃”項(xiàng)目“直接甲醇燃料電池技術(shù)”的支持，經(jīng)過2年多的聯(lián)合攻關(guān)，突破了催化劑制備及性能，電極及膜電極集合體制備工藝，電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)等技術(shù)關(guān)鍵，批量制備出性能優(yōu)良的多種催化劑，部分催化劑性能優(yōu)于商品催化劑；批量制備出高性能膜電極集合體，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆，實(shí)現(xiàn)了自呼吸電池甲醇燃料電池組與筆記本電能連用。項(xiàng)目實(shí)施期間共申請發(fā)明專利9項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)，獲權(quán)1項(xiàng)。甲醇燃料電池特別適合中小型電源、如移動式長效發(fā)電系統(tǒng)、便攜式電源等，對于國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)等均具有十分重要的意義。目前，長春應(yīng)化所等單位正在為進(jìn)一步提高電池性能和整體水平而組織聯(lián)合攻關(guān)，力爭通過2～3年的時間，研究并掌握批量合成與制備甲醇燃料電池的關(guān)鍵材料、電池堆制作和整體發(fā)電系統(tǒng)集成的核心技術(shù)，為甲醇燃料電池的產(chǎn)業(yè)化奠定重要的技術(shù)和材料基礎(chǔ)。二、未來技術(shù)突破點(diǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是燃料電池行業(yè)中應(yīng)用最廣泛、最有前景的一種燃料電池。從總體來看，PEMFC是一個極為復(fù)雜的機(jī)電、液氣兩相控制系統(tǒng)，它不僅涉及到電化學(xué)反應(yīng)，而且涉及了機(jī)械和電子控制，技術(shù)難度大。目前，PEMFC電池組正在加速發(fā)展，幾年前主要是解決質(zhì)量比能低和在汽車上的攜帶問題。當(dāng)前要解決的問題主要是成本與CO允許值。燃料電池電動汽車除了在車身、控制器及驅(qū)動系統(tǒng)等方面面臨著與電動汽車相同的問題之外，在其儲能動力源——燃料電池方面還有較多問題急需解決。燃料電池將成為未來的最佳車用能源，這一觀點(diǎn)已被廣大的汽車界人士所認(rèn)同。雖然燃料電池可以采用多種燃料，甚至是內(nèi)燃機(jī)用的所有燃料，但是真正起電化學(xué)反應(yīng)的，僅僅是其中的氫和氧化劑中的氧。因此，氫燃料電池在氫燃料制取、儲存及攜帶等方面以及非氫燃料電池的重整系統(tǒng)的效率、體積、質(zhì)量大小及反應(yīng)速度等方面的技術(shù)還需進(jìn)一步提高。目前，車用燃料電池急需解決的關(guān)鍵問題如下：1、提高車用燃料電池單位質(zhì)量(或體積)、電流密度及功率，提高動力車輛所必需的快速起動和動力響應(yīng)的能力。就PEMFC本身來說，主要的技術(shù)研究方向如下：1.聚合物電解質(zhì)：深入研究聚合物電解質(zhì)中的傳導(dǎo)和擴(kuò)散機(jī)理，開發(fā)新的結(jié)構(gòu)模式。選擇造價低、易于生產(chǎn)且化學(xué)結(jié)構(gòu)相對簡單的膜片。同時開發(fā)可在高溫(200℃)下傳導(dǎo)質(zhì)子的聚合物，減少CO對電極催化劑的毒害，并提高廢熱的回收利用率。2.電極催化劑：研究電極反應(yīng)及中間反應(yīng)機(jī)理，繼續(xù)開發(fā)耐雜質(zhì)、高性能、低造價的電極催化劑。日前，PEMFC燃料電池還須用貴金屬鉑作為催化劑，不僅價格昂貴，而且產(chǎn)量小。因此，必須研究出鉑的代用材料或者降低鉑的用量，降低成本，這是未來商品化生產(chǎn)中面臨的重要課題之一。3.電極結(jié)構(gòu)：從微觀及分子角度研究構(gòu)成電極結(jié)構(gòu)的材料特性、結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。4.其它方面：對于像壓縮機(jī)、泵、熱交換器、重整裝置、選擇氧化器等的系統(tǒng)元件都要在材料、體積及應(yīng)用性能方面進(jìn)行優(yōu)化研究；減小體積和質(zhì)量，以便裝入汽車等動力裝置有限的使用空間。2、必須開發(fā)質(zhì)量輕、體積更小、能儲存更多氫能的車載氫儲存器具，以便更有效地利用燃料能量，提高續(xù)駛里程和載質(zhì)量。3、必須解決好氫氣的安全問題研究表明：在一定的條件下，氫氣比汽油具有更大的危險性，所以無論采用什么儲存方式，儲存器具及其安全措施都必須滿足使用要求。4、開發(fā)有效的制造工藝電池組件必須采用積木化設(shè)計，開發(fā)有效的制造工藝，并進(jìn)行高效的自動化生產(chǎn)，從而降低材料和制造費(fèi)用。5、開發(fā)多種燃料的PEMFC發(fā)展結(jié)構(gòu)緊湊及性能可靠的PEMFC的同時開發(fā)應(yīng)用其它燃料，如甲烷、柴油等驅(qū)動的PEMFC，這將會拓寬PEMFC的應(yīng)用范圍。只有實(shí)現(xiàn)了以上各點(diǎn)，燃料電池在使用性能上才能最終被廣大用戶所接受。當(dāng)前的研究顯示，燃料電池潛力很大，應(yīng)用前景很廣，在已有成果基礎(chǔ)上正在不斷開辟新的領(lǐng)域。目前的關(guān)鍵是提高其功率質(zhì)量比，優(yōu)化整個系統(tǒng)，進(jìn)一步掌握電池和甲醇反應(yīng)器的動力學(xué)等。這些難題大多已找到解決的途徑，汽車未來能源屬于燃料電池。三、投資潛力分析1、重點(diǎn)投資質(zhì)子交換膜燃料電池的研發(fā)