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燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。
不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的是，燃料中的化學(xué)能不是通過燃燒，而是通過電化學(xué)反應(yīng)釋
放，因而具有高效率、零排放的優(yōu)勢(shì)。燃料電池主要分為六種類型，其中PAFC、
DMFC、 PEMFC 這三種類型使用鉑系金屬催化劑。適合應(yīng)用于交通領(lǐng)域的燃料
電池主要有兩大類：質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池。適合交通應(yīng)用的
原因在于其工作溫度較低以及作為車載能量源動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)來說較快，能夠滿足
汽車的需求。目前廣泛應(yīng)用于燃料電池汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC，
它以純氫為燃料，也叫氫燃料電池。
PEMFC 是目前最主要的燃料電池類型，2016 年出貨量占全部燃料電池出貨量的71.93%，兆瓦出貨量占全部燃料電池出貨量的65.02%，2022 年兆瓦出貨量占比提升至93.80%，此外PAFC 也使用鉑系催化劑，這兩種對(duì)鉑需求較大的燃料電池兆瓦出貨量合計(jì)占總出貨量的95.00%。2024 年國(guó)內(nèi)氫車系統(tǒng)裝機(jī)量超817MW，同比增長(zhǎng)11.3%，主要受氫能重卡裝機(jī)帶動(dòng)。從提升動(dòng)力及續(xù)航、降低運(yùn)營(yíng)成本等考慮，氫能重卡大功率化發(fā)展趨勢(shì)明顯，氫能重卡系統(tǒng)平均裝機(jī)功率從2020 年的88KW 快速提升至2024 年的131KW。
25Q1 國(guó)內(nèi)燃料電池汽車上牌銷量達(dá)到1125 輛，同比大幅增長(zhǎng)40.4%；氫車系統(tǒng)總裝機(jī)功率達(dá)到156MW，同比大幅增長(zhǎng)86%，氫車平均裝機(jī)功率從2024 年106kW 躍升至139kW，主要受200kW 及以上大功率系裝機(jī)帶動(dòng)。
燃料電池汽車與鋰電池汽車相比，具有較大優(yōu)勢(shì)。其續(xù)航里程在500 公以上，高于目前鋰電池汽車400 公里的水平。充電時(shí)間方面，燃料電池的充電時(shí)間低至3 分鐘，鋰電池快充時(shí)間需要半個(gè)小時(shí)，慢充的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8 個(gè)小時(shí)以上。低溫性能方面，燃料電池在較低溫度下仍具備優(yōu)良的性能。
從幾類車輛的對(duì)比方面來看，氫燃料電池的燃料成本最低，以4.5 噸物流車為例，百公里耗氫2kg，成本為50 元/百公里，低于柴油車和純電動(dòng)車。
根據(jù)Frost&Sullivan 披露的數(shù)據(jù)，中國(guó)氫燃料電池系統(tǒng)的價(jià)格從2017 年的16.4千元/KW 下降至了2022 年的4.8 千元/KW，年平均降幅為28%。能景研究統(tǒng)計(jì)2023 年中國(guó)燃料電池系統(tǒng)市場(chǎng)價(jià)格平均約3.3 千元/kW，預(yù)計(jì)未來燃料電池成本在汽車零部件中的占比將下降。
整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的成本中電堆占總成本的一半；電堆的總成本中，膜電極(membrane eletrode assembly, MEA)的成本占一半（包括36% 催化劑和12%膜），催化劑為膜電極的主要成本項(xiàng)，而催化劑的成本中鉑等貴金屬占37%。由此可見，電堆中最主要的成本來源于與膜電極相關(guān)的原材料的成本。持續(xù)的原材料研究與開發(fā)，是實(shí)現(xiàn)電堆成本控制的重要方式。
鉑的成本是制約燃料電池發(fā)展的重要經(jīng)濟(jì)因素。鉑的高昂價(jià)格和需求剛性使得汽車生產(chǎn)廠商為降低成本只能不斷主動(dòng)研究降低鉑用量的方法。近年來燃料電池技術(shù)進(jìn)步使得鉑用量下降幅度較大，2017 年100KWh 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的鉑用量約為10~15g。這在當(dāng)前技術(shù)下是比較穩(wěn)定的數(shù)量水平，比現(xiàn)今主流燃料電池車型用鉑量略低，考慮到技術(shù)進(jìn)步，對(duì)于沒有詳細(xì)用鉑量的車型，用這個(gè)比例來估算是比較合理的。根據(jù)美國(guó)能源部的規(guī)劃，燃料電池汽車目標(biāo)用鉑量為0.125g/kW，那么一輛功率為100kW 的車用鉑量就是12.5g。而燃料電池汽車目前用鉑量最少的是豐田Mirai，每輛車用鉑20g，約合0.17g/kW。此外，制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫等環(huán)節(jié)也會(huì)用到一定數(shù)量的鉑。
據(jù)WPIC 統(tǒng)計(jì)，2024 年全球加氫站、氫燃料電池及氫相關(guān)產(chǎn)業(yè)用鉑量為4.4 萬盎司（約1.37 噸），隨著中國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家和地區(qū)大力推進(jìn)加氫站的建設(shè)，氫燃料電池汽車銷量有望大幅增長(zhǎng)，WPIC 預(yù)測(cè)至2029 年鉑需求有望達(dá)到45萬盎司（約14 噸），至2040 年達(dá)到年度鉑總需求的25%。