燃料电池行业分析

燃料电池行业分析2010年10月一、燃料电池定义及分类；二、行业技术未来发展趋势预测；三、燃料电池应用分析；四、国内燃料电池主要研究机构；五、燃料电池行业发展前景；六、燃料电池行业竞争结构分析；七、燃料电池行业相关政策；八、燃料电池行业风险分析；九、类似公司分析；燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它是一种电池，但不需用昂贵的金属而只用便宜的燃料来进行化学反应。这些燃料的化学能也通过一个步骤就变为电能，比通常通过两步方式的能量损失少得,于是，可以为人类提供的电量就大大地增加了。燃料电池定义分类方法分类按运行机理分酸性燃料电池，碱性燃料电池按电解质种类不同碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等按燃料类型分氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。按燃料电池工作温度分有低温型，温度低于200℃；中温型，温度为200～750℃；高温型，温度高于750℃燃料电池分类各种燃料电池碱性燃料电池（AlkalineFuelCell，AFC）碱性燃料电池是以碱性溶液为电解质，将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，是最早获得应用的燃料电池，也是发展最快的一种燃料电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。磷酸燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell，PAFC）磷酸燃料电池是以浓磷酸为电解质，以贵金属催化的气体扩散电极为正、负电极的中温型燃料电池。可以在150～220℃工作。具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气压低和阳极催化剂不易被CO毒化等优点，是一种接近商品化的民用燃料电池。熔融碳酸盐型燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell，MCFC）熔融碳酸盐型燃料电池是第三代燃料电池，由于其电解质是一种存在于偏铝酸锂（LiAlO2）陶瓷基膜里的熔融碱金属碳酸盐混合物而得其名。熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐，通常是锂和钾，或锂和钠金属碳酸盐的二元混合物。固体氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell，SOFC）固体氧化物燃料电池属于第四代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的全固态化学发电装置。固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质、阳极或燃料极、阴极或空气极组成。质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）质子交换膜燃料电池，也叫固体聚合物燃料电池是一种低温燃料电池，由于其电解质是由质子（H+）导电聚合物构成而得其名。PEMFC是继AFC、PAFC、MCFC、SOFC之后正在迅速发展起来的温度最低、比能最高、启动最快、寿命最长、应用最广的第五代燃料电池，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲美。行业技术未来发展趋势预测燃料电池技术虽然取得很大进步，但和现在成熟的内燃机技术及产业化要求相比还有很多工作要做，才能实现产业化，这也是未来行业技术的发展趋势。发展趋势主要表现为以下5个方面。适应性。燃料电池汽车在不同气候(如高温或低温地区)、不同环境(如高海拔、沙尘大、空气质量差的地区)和不同交通情况(如频繁变动工况或频繁停启工况等)下的适应性将进一步提高。可靠性和耐久性。目前燃料电池电堆仅有约2000h的寿命，内燃机的寿命一般是5000h以上。目前在北京示范的燃料电池公共汽车平均完好率为92%，而同期运营的柴油公共汽车平均完好率为99.16%，同时燃料电池公共汽车的故障率比传统车高，所以须进一步提高燃料电池汽车的可靠性和耐久性。总能量效率。提高燃料电池汽车总能量效率的大量研究工作正在进行，如本田汽车公司、巴拉德公司于2006年已把燃料电池堆的工作温度从60～80℃提高至90～95℃，而更高工作温度的燃料电池正在开发。一旦高温膜(工作温度120℃以上)研发成功，燃料电池技术将会有根本性的突破。此外，各种制氢、储氢的新技术也在发展之中。成本。降低燃料电池汽车成本的许多工作正在进行，如质子交换膜，目前价格是500～600美元/m2。2006年11月，丰田汽车公司开发的一种新型质子交换膜的目标价格是10美元/m2。这种膜基本性能已通过台架试验，试制成燃料电池后再进行试验。另一较贵的部件是铂催化层，为了降低铂的用量，采用纳米技术等的研究工作也在进行。此外，燃料电池早期研发时选用的零部件是当时已有的通用件，随着研究工作深入，现在已发展出各种专门技术公司及专用零部件公司，从而为提高可靠性和耐久性、改进性能和降低成本创造条件。基础设施。基础设施配套建设匮乏也是产业化需要解决的问题。如加氢站，维修、配件供应等，它将会由点到线、到小区域示范和试用，再逐步扩大、延伸和推广，这需要几十年的时间。目前，北京和上海各只有一个加氢站在示范运行。燃料电池应用分析燃料电池由于具有高效、环保等优点，能够广泛应用于能源发电、家用电源、汽车工业、航空航天、建筑及便携式燃料电池产品等领域。航天工业是燃料电池开发应用最早、最成功的领域。碱性燃料电池和质子交换膜电池都可以在常温下启动，且能量密度高，是理想的航天器工作电源。特别是采用氢作为原料时，工作时排出的水可供宇航员饮用，这样就不用携带饮用水。燃料电池在建筑方面的应用主要包括提供电能和提供冷热源，因此称建筑冷热电联产系统。即由位于建筑物现场或附近的燃料电池装置提供建筑所需要的电，回收利用发电装置产生的废热并转换成蒸气、热水、冷水等，为建筑供热、供冷。便携式燃料电池产品主要包括手机、数码相机等数码产品需要的微型燃料电池。由于技术和成本尚不成熟，最近几年微型燃料电池仍不会对以干电池和锂电池为代表的主流电池构成较大冲击，但由于它具有清洁环保、性能优越等优势，随着研制技术的不断提高，燃料电池也将朝着高容量和微型化方向发展，必将有着广泛的应用前景。能源发电、燃料电池汽车和便携式燃料电池是燃料电池最重要的三个用途，相对而言燃料电池汽车和便携式燃料电池发展较快，而能源发电则由于技术和成本因素在短时间内难以推广应用。直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCell)属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一种，是一种将化学能连续不断地转化为电能的可再生清洁能源。自20世纪60年代初问世以来，以其操作温度低、能量效率高、无电解质腐蚀、无环境污染、安全可靠等特点，迅速发展成为国际高新技术竞争中的重要热点，很可能成为便携式电子产品应用的主流。在欧美和日本已经有多家主要的电子产品生产公司开始研发直接甲醇燃料电池作为电子产品的电源，在我国该类电池也具有较好的发展前景。燃料电池汽车和便携式燃料电池应用作为燃料电池行业的两个主要下游行业，也是燃料电池应用最有前景的两个行业。由于便携式燃料电池目前尚处于研发阶段，正式投入商业化应用还需要5-10年的时间，因此，便携式燃料电池应用对燃料电池行业的影响主要在于技术方面，对此应多加关注。未来几年，一旦微型燃料电池技术趋于成熟同时成本容量比能够降低到与普通电池相当的水平，将会是非常有前途的。国内燃料电池研发机构1.官方及非盈利机构机构名称主要研究和技术领域中华人民共和国科学技术部863计划：政府拨款支持电动汽车项目（包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三种类型）。973计划：政府拨款支持燃料电池、氢存储等基础研究。国家自然科学基金支持燃料电池等相关技术的基础研究。中国氢能协会从事与氢能相关的学术活动，推动氢能研究、开发、推广及应用。组织国内与氢能有关的学术交流、展览会等，参加国际与氢能有关的学术交流、展览会等。2、研究所机构名称主要研究和技术领域中国科学院大连化学物理研究所该所先后在碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接醇类燃料电池和质子交换膜燃料电池等诸多领域开展了大量的研发工作。该所于1993年开展了PEMFC的研究，在电极工艺和电池结构方面做了许多研究，现已研制成工作面积为140cm2的单体电池，其输出功率达0.35W/cm2。于1994年开展了SOFC的研究工作，主要集中在电极和电解质材料的研究。2000年该所已完成30kW车用用燃料电池的全部试验工作。2002年研制成功200W级直接甲醇燃料电池组。近年来，该所研制了百千瓦级质子交换膜燃料电池发动机，并与清华大学等单位联合开发成功了燃料电池城市客车，另外，还研制了应用于笔记本电脑等家电领域的百瓦级直接醇类燃料电池。中国科学院长春应用化学研究所主要从事质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池的研究开发。该所于1990年开始研究PEMFC，工作主要集中在催化剂、电极的制备工艺和甲醇外重整器的研制，已制造出100WPEMFC样机。1994年开展直接甲醇质子交换膜燃料电池的研究工作。90年代初该所开始了MCFC的研究，在LiAlO2微粉的制备方法研究和利用金属间化合物作MCFC的阳极材料等方面取得了很大进展。该所与美国CaseWesternReserve大学和俄罗斯氢能与等离子体研究所等建立了长期协作关系。北京有色金属研究总院从事氢储存技术和燃料电池相关材料的研究，进行PEMFC/光伏电池(制氢)互补发电系统的研究。中国科学院广州能源研究所从事发酵沼气燃料电池系统的实用化研究，以及制氢和再生能源技术。中国科学院上海硅酸盐研究所固体氧化物燃料电池（SOFC）相关技术的研究，主要侧重于SOFC电极材料和电解质材料的研究，系统研究了流延法制备氧化锆膜材料、阴极和阳极材料、单体SOFC结构等，已初步掌握了湿化学法制备稳定的氧化锆纳米粉和致密陶瓷的技术。中国科学院上海有机化学研究所研究质子交换膜燃料电池的关键材料与部件，2002年该所与上海同济科技实业股份有限公司和上海神力科技有限公司共同组建上海中科同力公司。3、高等院校机构名称主要研究和技术领域清华大学从事燃料电池客车和燃料电池发动机，氢的重整、存储、运输等研究开发。90年代初开展了SOFC的研究，利用缓冲溶液法及低温合成环境调和性新工艺成功地合成了固体电解质、空气电极、燃料电极和中间联结电极材料的超细粉，并开展了平板型SOFC成型和烧结技术的研究。1993年开展了PEMFC的研究，研制的单体电池在0.7V时输出电流密度为100mA/cm2，改进石棉集流板的加工工艺，并提出列管式PEMFC的设计，与德国Karlsrube研究中心建立了一定的协作关系。同济大学燃料电池轿车和加氢设施制造的研究开发。成功研制出“超越”系列燃料电池轿车，并且联合壳牌于2006年底建成上海首座固定加氢站。北京理工大学1995年开始PEMFC的研究，单体电池的电流密度为150mA/cm2。近年来主要从事质子交换膜燃料电池电动汽车车辆技术的研发。上海交通大学主要从事质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等研究。研制成功了50kW级天然气熔融碳酸盐燃料电池发电系统，与泛亚汽车技术中心合作完成了“凤凰燃料电池展示车”等。华中科技大学从事固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池等及其相关材料，以及氢的存储等方面的研究。华南理工大学主要从事质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和固体氧化物燃料电池等研究。1992年开始了SOFC的研究，组装的管状单体电池，用甲烷直接作燃料，最大输出功率为4mW/cm2，电流密度为17mA/cm2，连续运转140h，电池性能无明显衰减。1997年开展了PEMFC的研究，其天然气催化转化制一氧化碳和氢气的技术现已申请国家发明专利。天津大学主用从事质子交换膜燃料电池的研究，1994年开展了PEMFC的研究，主要研究催化剂和电极的制备工艺。中国科学技术大学主要从事固体氧化物燃料电池的研究，1992年开始中温SOFC的研究。一种是用纳