燃料电池全面分析（二）：六大分类制储运加洋葱模式！-北极星储能网

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燃料电池全面分析系列第二篇，上篇是市场分析，下篇是产业分析。

燃料电池的技术路线：

来源：微信公众号“史晨星”ID：shichenxing1 作者：史晨星

5. 技术原理：氧化还原反应

燃料电池主要由正极、负极、电解质三部分组成，原理是氧化还原反应，反应实质是燃料和氧气发生反应生水或者其他产物。

6. 分类：6 大类，PEMFC 质子交换膜为主

根据工作温度、电池内载流子和前端燃料的不同，燃料电池分为以下 6 大类。

按照使用温度分类如下

受益交通应用拉动，PEMFC 质子交换膜燃料电池出现跨越式发展，详细数据请关注本公众号（史晨星 shichenxing1）参照上篇市场分析。

PEMFC 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势，是当前燃料电池汽车的首选。

AFC 碱性燃料电池：成本偏高，主要应用于航天领域

PAFC 磷酸燃料电池：效率较低（40%），小型电站应用

MCFC 熔融碳酸盐燃料电池：运行温度高（600度），大型电站应用

SOFC 固体氧化物燃料电池：运行温度高（800度），未来潜力较大

PEMFC 质子交换膜燃料电池：低温运行（80度），主要应用于交通领域

DMFC 甲醇燃料电池：运行温度适中（60~130度），主要应用于消费电子

7. 产业链：上游氢气制备运输储存，中游燃料电池，下游应用

8. 技术路线图：功率密度 > 2kW/kg，耐久性 > 5000h

欧阳老师的《节能与新能源汽车技术路线图》为我国燃料电池汽车的发展指明了方向：电堆的比功率和寿命是主要的技术参数目标，全产业链均有技术创新需求。

实施路径图：系统→发动机→电堆→膜电极→催化剂&质子交换膜

采取“剥洋葱模式”，层层深入，将技术链逐环解耦

第一个层次，研发燃料电池的混合动力系统，发动机外协；

第二个层次，研发了燃料电池发动机，燃料电池的电堆外协；

第三个层次，研发燃料电池电堆，燃料电池膜电极外协；

第四个层次，研发燃料电池膜电极，核心是质子交换膜和催化剂。

9. 5 种制氢方法：煤气化/焦炉气副产成本最低 10 元/Kg，电解水环保 30 元/Kg

制氢主要分为 5 种技术路线

全球来看，目前主要的制氢原料 96% 以上来源于传统能源的化学重整，日本盐水电解的产能占所有制氢产能的 63%

各种制氢方式成本如下

10. 储氢：高压气态为主，固态合金是未来方向

储氢方式有三种，分别是气态储氢、液态储氢、固态储氢。

各种储氢方式对比如下

11. 运氢：大量气态管道运输，小量固液车船运输

常见的运输方式有液化汽车运输、高压气体汽车运输和管道运输（方法一、二、三），目前各国正在研发氢载体方式运输氢（方法四），采用各种基本运输方式的组合运输形式。

12. 加氢站：三站合一，站内制氢为主，中央制氢补充

加氢站的技术路线有站内制氢技术（电解水制氢、天然气重整制氢）和外供氢技术，我们看好站内制氢加氢方案发展前景

加氢站、加油站、加气站三站合建，解决城市用地难和安全管理问题。

氢气压缩机、高压储氢罐、氢气加注机是加氢站系统的三大核心装备。

截至 2017 年底，全球共有 328 座正在运营的加氢站

到 2020 年，中国规划建成 100 座加氢站。

13. 燃料电池汽车：燃料电池系统/发动机+辅助电池系统+储氢瓶+电机+电控

14. 燃料电池系统/发动机：电堆、DC/DC、空气系统、氢气系统

15. 燃料电池堆：占系统成本 50%，核心是膜电极、双极板

原理：利用质子交换膜技术，使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下，在阳极将氢气催化分解成为质子，这些质子通过质子交换膜到达阴极，在氢气的分解过程中释放出电子，电子通过负载被引出到阴极，这样就产生了电能。

燃料电池堆是电池系统的心脏，成本占电池系统一半以上

单体燃料电池由双极板、膜电极组件(MEA)、密封圈等部件组成，其中膜电极组件成本占燃料电池堆的 60%，主要是由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层组成。

16. MEA 膜电极：催化剂、质子交换膜、气体扩散层

膜电极（membrane electrode assembly，MEA）是质子交换膜燃料电池发生电化学反应的场所，是传递电子和质子的介质，为反应气体、尾气和液态水的进出提供通道，膜电极是质子交换膜燃料电池的心脏。膜电极通常由 5 部分组成，即中间的质子交换膜、两侧的阳极催化层和阴极催化层，最外侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层。