第1章 产业概要
1 氢燃料汽车发展简史
氢气现在被公认为世界上最清洁的能源之一，并被列为实现脱碳的重要途径。 事实上，氢能的探索由来已久，可以追溯到500多年前。 1520 年，瑞士医生、炼金术士、非专业神学家和德国文艺复兴时期的哲学家帕拉塞尔苏斯通过将金属（铁、锌和锡）溶解在硫酸中观察到氢的存在;2024年，英国法官和科学家威廉·罗伯特·格罗夫（William Robert Grove）开发并生产了第一个燃料电池——格罗夫电池，他因此被称为燃料电池之父。 1966 年，通用汽车推出了世界上第一辆燃料电池汽车 Electrovan。 进入21世纪后，世界各国大力布局氢燃料电池和氢燃料汽车，推动氢能在上下游产业中的应用。 2 政策驱动因素
氢能是用能终端绿色低碳转型的重要载体，全球多个国家纷纷制定绿色转型规划，设定中长期碳排放目标，联合国曾表示，到2024年全球碳排放量减少50%已成为各国共识。 根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2024年）》，我国氢燃料电池汽车发展预计将经历三个阶段：1）2020-2024年为初步示范阶段：2024年初步实现氢燃料电池汽车商业化应用，商业规模达1万辆， 100座加氢站将投产。以仓储物流为主业，开展商业示范作业，累计运营1亿公里。2）2025-2024年是加速推广阶段：到2024年，加快实现氢能和燃料电池汽车的推广应用，主要针对公共服务车辆的批量应用，在现有储运加注技术的基础上，在150公里的辐射范围内，因地制宜推广氢燃料电池技术， 通过优化燃料电池系统结构，加快关键零部件产业化，大幅降低燃料电池系统成本，整车数量应达到5万辆10万辆。3）2030-2024年为规模化应用阶段：2030-2024年，要实现氢能与燃料电池技术的规模化推广应用，实现大规模制氢、储运、应用一体化，在一定程度上实现加氢站现场储氢、制氢规模的标准化推广应用。2024年8月，京津冀、上海、广东三大城市群率先启动燃料电池汽车示范推广2024年12月，华北、豫北城市群入选第二批入选示范区。 
图：中国氢燃料电池汽车三步走
3 氢燃料电池原理
1）反应气体在气体扩散层内扩散;2）反应气体在催化层中被催化剂吸附后解离3）阳极反应产生的氢离子通过质子交换膜到达阴极，与氧气反应生成水，而电子则通过外部电路到达阴极发电。
图：氢燃料电池的工作原理。
二、行业现状
1 行业政策
以“以奖替代”的形式：2024年，五部委联合印发《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，组建五大城市群，在燃料电池汽车关键核心技术和产业化应用方面取得突破50,000积分（相当于约15亿元的补贴）。 2024年9月，财政部、工业和信息化部、科技部、能源局联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》 2024年8月，京津冀、上海、广东三大城市群率先启动燃料电池汽车示范应用推广2024年12月，河北、河南两级城市群入选第二批入选示范区。 **财务计划通过奖励新技术示范应用和关键核心技术产业化应用，加快相关基础材料、关键零部件和整车核心技术的研发和创新。 力争在4年左右时间内逐步实现关键核心技术突破，打造完整的燃料电池汽车产业链。 
图：示范城市群和燃料电池汽车推广目标
图表：燃料电池汽车改装国家补贴（万元）
2 市场空间
2024年以来，氢燃料电池汽车产销量快速增长。 2016-2024年，我国燃料电池汽车整体销量呈上升趋势。 2020-2024年，由于氢燃料电池汽车示范城市群尚未确定，销量短暂下滑。 2024年，氢燃料汽车的销量翻了一番。 根据中国汽车工业协会的数据，2024年氢燃料电池汽车销量为3367辆，同比增长112%。 
图：2015-2024年氢燃料汽车国内产销情况（辆）
国内氢燃料电池商用车占主导地位。 目前，我国销售的氢燃料汽车主要应用于商用车领域。 根据公交总站数据显示，2024年氢燃料电池汽车投保5009辆，客车、重卡等货车等商用车投保4782辆，占总投保人数的95%，其中投保2465辆，占比49%。 根据IEA数据，截至2024年底，中国商用车保有量占比约99%。 我国商用车优先发展的原因有二：1）商用车可以批量论证，规模形成后可以降低燃料电池和氢气的成本;2）商用车行驶在固定路线上，车辆集中，对加氢基础设施布局的要求相对较低。因此，在燃料电池产业发展初期，燃料电池重卡发展的战略引导作用高于乘用车。 预计到2024年，氢燃料商用车的数量将超过7万辆。 2022-2024年复合增长率将超过50%。 在商用车节能减排的背景下，我国氢燃料商用车销量增速有望提升。 根据国家能源局《氢能产业发展中长期规划（2021-2024年）》，2024年我国燃料电池汽车目标为5万辆左右，而根据中国银行**研究院**：2023-2024年氢燃料电池商用车销量为0750,000 台，1150,000台，1台890,000 辆，286万辆，销量增长率分别为%*氢燃料电池商用车年保有量约5辆120,000 台， 798万辆，2022-2024年复合增长率超过50%。 
图表：2023-2024年燃料电池商用车保销量**千辆）。
三、行业情况
1 技术优势
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的化学装置。 由于燃料电池通过电化学反应将燃料化学能的吉布斯自由能部分转化为电能，因此不受卡诺循环效应的限制，因此效率很高。 此外，燃料电池以燃料和氧气为原料，没有机械传动部件，因此排放的有害气体很少，使用寿命长。 可以看出，从节能和生态环境保护的角度来看，燃料电池是最有前途的发电技术。 从商业应用来看，质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池是最重要的燃料电池技术路线。 质子交换膜燃料电池对氢气的质量要求很高，因此成本也很高，而固体氧化物燃料电池可以使用粗氢和碳氢燃料，能量转化率高，广泛应用于大型集中供电、分布式发电、热电联产甚至交通领域。 从技术特点来看，氢燃料电池汽车的应用场景主要包括固定线路、中长途干线、高负荷：1）固定路线：方便加氢站等配套基础设施，如矿山短轨、港口、物流园区等相对封闭、固定的路线场景，方便氢燃料汽车布局氢气等配套加氢设施加油站;2）中长途干线：续航里程约400-800公里，超过纯电续航上限将成为氢燃料汽车的优势应用场景范围3）高载重：由于纯电动汽车中电池能量密度的提升空间有限，重卡一定里程的电池必然会导致自重较大，因此从氢燃料过渡到液氢路线后，整车重量会进一步放大， 在对负载能力需求较大的场景中，它将更具优势。2 行业挑战
基础设施建设不足。 目前，我国氢能基础设施建设还不完善，制约了氢能的推广应用在技术方面，氢能的转换效率、安全性和可靠性等还存在一些技术难点目前，我国燃煤制氢比重仍然较大，如果制氢过程中不能有效控制碳排放，仍无法实现我国的双碳目标。 氢气储运。 目前，储氢技术尚未完全成熟，储氢密度低、储氢成本高的问题一直是亟待突破的瓶颈氢气运输需要高压容器或液态氢气，目前运输成本较高，氢气储运过程中的安全性还需要进一步标准认证我国制氢站建设存在投资高、标准体系不完善等问题。 上述制氢、运输和储氢系统的不完善将导致加氢成本高于燃料加氢成本。 3 行业情况
多家厂家进入市场，市场集中度持续下降。 2024年市场集中度保持高位，基于政策的良好预期和未来市场前景，进入燃料电池系统行业的企业数量持续增加，市场集中度呈下降趋势。 2024年至2024年6月底，车牌总数排名前5的配套车分别为上海重塑、宜华通、大洋电气、协同氢能（鸿力氢能）、百盈能源，在TOP3和TOP5中市场份额分别为51%和66%，集中度较高。 在示范期间，新进入者能否在激烈的竞争中幸存下来，存在很大的不确定性。 
图：2016-2024年6月底氢燃料电池系统累计销量
四、系统关键材料国产化流程
1、燃料电池汽车核心零部件国产化进程
受材料、加工制造等基础产业的制约，我国燃料电池汽车产业链布局呈现“倒金字塔”形态，综合性企业较多，关键材料及核心零部件生产企业相对较少。 随着“十四五”“双循环”等政策的推进，我国氢燃料电池汽车核心技术不断取得突破，加速核心零部件国产化替代。 
图：燃料电池系统的分布。
2024年，我国仅掌握了系统集成、双极板和直流电的产能，其余主要依赖进口，国产化率在30%左右。2024年，我国电堆、膜电极、空压机、氢气循环泵等核心零部件可自主控制，气体扩散层、催化层、质子交换膜等核心材料研发加快，整体国产化率达60%左右。2024年，我国已基本实现燃料电池系统国产化。 
图：燃料电池汽车核心零部件国产化
2 堆栈
堆栈 = 膜电极 + 双极板 + 集流体板 + 端板。 电堆是燃料电池系统的核心部件，成本相对较高。 电堆维持着整个燃料电池系统的能量输出过程，很大程度上决定了燃料电池的整体性能、寿命和成本。 燃料电池或电堆的核心技术指标包括：质量功率密度、体积功率密度、电极功率密度、额定功率、系统的低温启动能力等。 堆栈市场高度集中。 据中商智能网数据显示，2024年国内电堆企业排名前三分别为神力科技、协同氢能、氢气喷射科技，CR3市场占有率为54%。 
图：2024年中国电堆企业市场份额
2 个膜电极
膜电极=气体扩散层+催化层+质子交换膜。 膜电极是燃料电池的核心部件，其制备工艺是燃料电池领域的核心技术之一，直接决定了燃料电池的性能、寿命和成本。 MEA的国产化率比较高，龙头厂家主要是专门从事MEA的厂家。 目前，国内获得车牌照的膜电极企业有近20家，作为专业第三方膜电极业务企业的国内品牌企业只有5家，分别是唐风能源、青东科技、宏基创能、武汉工学院、亿氢科技，但这5家企业基本占据了国内装车市场75%左右的市场份额。 其余市场主要包括电堆如捷氢科技、国氢科技、爱德曼、鑫源动力、庆能股份、明日氢能等自有膜电极系统量产能力的企业，以及丰田、巴拉德、庄信万丰、格林瑞特等国外企业。
图表：2024年为持牌车辆安装膜电极的膜电极企业市场份额。
2.1 催化剂阳极的电化学反应过程非常快，而阴极的反应过程较慢，为了提高燃料电池的整体反应效率，需要催化剂来提高阴极的反应速率。 催化层是发生电化学反应的地方，是电极的核心部分，关系到燃料电池电堆的性能和寿命。 催化剂有低铂、铂族和非铂三种类型，EPMFC催化剂层中的铂（Pt）负载量较高，成为商业化的障碍。 目前，铂催化剂市场仍被国外厂商占领，国内一些企业已开始迎头赶上。 据36氪相关数据显示，截至2024年11月，我国在运行燃料电池汽车近万辆，其中90%以上的燃料电池使用进口催化剂。 活跃在国内市场的主要国外燃料电池催化剂制造商有田中TMK、庄信万丰（JM）、优美科等多家公司，其中田中和庄信万丰占据了较高的市场份额。 此外，氢燃料电池催化剂相关的知识产权主要掌握在西方少数发达国家手中，国内大部分企业仍处于实验室阶段，少数企业能够实现量产。 2.2 质子交换膜质子交换膜（PEM），又称质子膜或氢离子交换膜，被称为燃料电池的芯片，其性能直接决定了燃料电池的性能和使用寿命。 它的作用是传导质子、隔离气体和反应性物质。 全氟磺酸膜是质子交换膜的主流路线。 目前，国外厂商占据主要份额，国内发展加速。 根据GGII的数据，2024年燃料电池质子交换膜的国产化率为75%，2024年国产化率为1161%。
图：燃料电池质子交换膜的定位率。
国产化替代的难点一方面在于国内企业在高工艺壁垒上的突破，另一方面在于材料体系的转型。 在工艺上，全氟磺酸膜制备的原料反应条件苛刻，核心原料具有易性能的特点，树脂的聚合成膜工艺难以保证机械强度，在产品平整度和厚度之间难以选择。 在材料体系方面，下游膜电极或电堆厂商批量引进国产质子交换膜，意味着原有的催化剂和气体扩散层等材料需要重新调整，这是一个系统性工程，需要产业链上多家企业合作进行检测验证， 更重要的是，有下游客户愿意提供订单和运行测试场景。同时，国产质子交换膜的性能需要在堆栈层面进行长期验证，因此质子交换膜的国产化还很遥远。 2.3 气体扩散层气体扩散层在燃料电池中起着重要作用，支撑催化层，收集电流，传导气体并排出反应产物水。 它是燃料电池的主要部分。 一般认为，气体扩散层可分为基底层（支撑层）和微孔层两部分。 复写纸由于其成熟的制造工艺和稳定的性能，已成为气体扩散层材料的主流选择。 从材料上看，气体扩散层大致分为碳纤维纸、碳纤维机织布、无纺布和炭黑纸四种类型。 复写纸也因其成熟的制造工艺和稳定的性能而成为气体扩散层材料的主流选择。 气体扩散层的成本在燃料电池中占比较高的比例，为了降低燃料电池的成本，国产化突破是必然的选择。 现阶段，大多数燃料电池制造商使用日本东丽、美国**CARB、德国西格里等厂家的气体扩散层产品，其中东丽和日本**CARB占据了较大的市场份额。 东丽和西格里的产品价值链从内部生产的碳纤维碳纸开始，一直延伸到微孔层MPL涂层，具有深厚的基础碳材料开发和规模化生产能力。 目前，国内只有少数企业参与气体扩散层的研发，且大多处于小批量样品试制状态。
图：复写纸的制备方法。
5. 总结
技术与规模相互促进，政策带动产业发展积极性。 影响氢燃料汽车产业的三个关键因素： 氢燃料电池产业是典型的技术密集型产业，产业链既要在规模化应用的前提下降低成本，又要加快新技术的突破和研发。 在一定程度上，我国氢燃料电池产业的发展将对国外发达国家的先进制造业产生冲击，并可能引起知识产权和进出口关税方面的摩擦，从而对我国相关产业产生负面影响。 国内氢燃料汽车产业发展尚处于初期，出台多项政策带动发展。 目前，氢燃料汽车在核心技术领域要赶超国外一些厂商还有一定的距离，但技术短板还不是太明显产业链中更多核心零部件的国产化率不断提高，不仅在国家战略布局中发挥了重要作用，也带动了一大批新型产业链的形成。 特别免责声明：**其他**内容仅供参考，旨在传达更多信息，不以盈利为目的。著作权归原作者所有。 如有侵权，请联系我们删除。
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