白驹过隙，时光如梭。开年以来，A股就如同一群脱缰野马般向着3500点狂奔。马群中有一只黑色的身影一马当先，领跑全场。毫无疑问，它就是我们今天要说的“主角”——氢燃料电池。2019年1月31日开始，一股“神秘的东方力量”将WIND燃料电池指数从1048.31的低点在四个月不到的时间里推向1974.77的高峰。三个多月的时间里，氢能源电池这个概念似乎从未“放过假”，板块涨幅榜上天天都是它忙碌的“身影”，也使得一众跟在后面追捧的投资者“夜不能寐”。我们不禁要问，究竟是什么力量在背后无形地推动着这一切？为了弄清楚这一切，我们来对这个领域做一下分析吧。

WIND燃料电池指数

一、行业技术与背景

其实我们现在很多民用的科技最早都是来源于军工领域的创新。早在20世纪60年代，氢燃料电池就已经被运用在美国“阿波罗”号飞船上了。要知道，当时电池的种类还是很多的，比如铅酸电池、镍基电池等，而且技术也已经较为成熟，为何NASA又唯独偏爱氢燃料电池呢？原因在于：

第一，氢燃料电池是安全无污染的。其工作原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。整个反应产物只有水，而多余的氢气又可以方便回收，循环使用。整个过程没有传统蓄电池的汞、镉等污染物，是比较符合当下“绿色经济”的产品。

氢燃料电池工作原理

第二，高效率。燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。再者，氢的能量密度要远大于现在几乎所有储能设备，相同质量的氢的能量密度是相同质量传统电池的数百倍。下图比较了各类储能设备的能量密度。

各类储能产品的能量密度（Wh/kg）

第三，无噪声。燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。

既然氢燃料电池有以上优势，且上世纪就已运用于航天，为什么几十年过去了，氢燃料电池都未能真正普及起来呢？最大的原因是催化剂问题。回顾上面的第一张图片，氢气与氧气的氧化还原反应必须要用到一种很重要的催化剂——铂/碳结合物（Pt/C）。Pt/C稳定性差，价格高，用来催化燃料电池的化学反应不甚理想，也很难达到传统电池的经济性。纵使氢本身具有再高的能量密度，化学反应进行效率不高，电池能量释放也不会理想。这也是长达几十年时间里阻碍氢燃料电池实现民用普及的原因。

然而，近几年来，燃料电池催化剂的不断进化让氢燃料电池的产业化看到了希望。尤其是石墨烯，碳纳米管等物质被发现以来，因为其结构的特点，比如能够极大的提高导电性等，单掺杂，双掺杂的催化剂——CNTs、GO越来越多地被发现，碳基催化剂的发展越来越迅速，性能也越来越好。

碳基催化剂的发展历程

在整个氢燃料电池走向产业化、普及化的过程中，一家最为标杆性的企业——巴拉德进入了我们视野。巴拉德动力系统公司是一家成立于1979年的加拿大公司，公司从1983年开始研发燃料电池。从2007年到2009年，公司实现了燃料电池的技术突破，使高成本的汽车燃料电池逐渐走向商用。目前公司的主要业务是研发和生产质子交换膜燃料电池产品（包括燃料电池堆、模块和系统）的设计、开发、制造和服务，专注于商用市场（电信备用电源、物料搬运和工程服务等）。巴拉德的出现，让燃料电池的成本大幅下降，同时也是中国氢能源汽车产业化的重要推手。至于巴拉德是怎么对国内氢能源汽车厂商产生影响的，我们后续再谈。

氢燃料电池成本变化趋势

二、行业发展现状

我国燃料电池出货量增长尚算稳健，近3年的年复合增长率为13.59%。表面上看，这样的增长速度似乎并不快，但彼时国内的燃料电池技术发展程度还不高，大部分都是供应给对成本端并不敏感企业，或仅供小批量使用。随着燃料电池技术的成熟，行业整体很可能迈过导入期，进入高速增长期。

中国燃料电池出货量（单位：MW）

如果把视角放在全球燃料电池消费的角度，我们可以更清晰地看到燃料电池在交通领域的渗透速度是相当快的。全球角度看，燃料电池在交通领域的应用在2015年就已经从导入期迈入成长期了，而中国在这方面有一定的滞后，但主要成长期预计也会在这两年到来。

全球燃料电池在各应用领域容量（单位：MW）

在下游的汽车领域，我国的燃料电池乘用车还处于概念领域，未进行量产，而燃料电池商用车经过多年研发已进入商业化阶段。2018 年中国燃料电池汽车产销均完成 1527 辆，包括 1418 辆燃料电池客车以及 109 辆燃料电池货车，预计这些领域将成为燃料电池运用的突破口。

中国燃料电池汽车产量（辆）

三、燃料电池产业链

氢燃料电池产业链

上游——电池组件

燃料电池组件包含电堆、燃料处理器、功率调节器、空压机、加湿器等，这里列出的是占成本份额较大的电堆材料。电堆是动力系统的核心部分，成本占比高达三分之二。而在电堆中，催化剂及膜电极+双极板占成本的70%以上，其中膜电极又是电堆的核心，决定了电堆性能、寿命和成本的上限。

但好巧不巧，膜电极的核心技术掌握在上面说到的全球氢燃料电池龙头——巴拉德手上，我国没有企业能生产高性能的膜电极。这里还要说一说巴拉德进入中国的野心。巴拉德的CEO麦凯文曾经对媒体表示：“看看中国在太阳能、风能和锂电池车等行业打开补贴水龙头后发生了什么，补贴为这些新市场带来大量资本和企业，使中国成为所有这三个细分市场的领导者。我们预期燃料电池产业会出现类似的局面。”换句话说，巴拉德看好中国在氢能源领域的补贴为燃料电池组件带来旺盛需求，而膜电极这块国内还没有能与之竞争的对手，这意味着巴拉德可以肆意攫取上游利润。

但国内厂商有怎么甘心核心技术掌握在别人手中？道氏技术（300409.SZ）率先发难。道氏技术是一家高端陶瓷、陶瓷墨水和釉料生产企业。但陶瓷行业近三年来并不景气，公司主营业务利润率都在下滑。

道氏技术（300409.SZ）转型前主营产品情况

公司2016年做了一个大胆的举动，收购佳纳能源进入钴盐及三元前驱体产业，二者均是锂电池电芯的核心领域。随着锂电池产业的爆发，公司2017年业绩也迎来大增。同时，公司还收购了青岛昊鑫，生产石墨烯导电剂和碳纳米管。上面说到了，碳纳米管有望成为新一代催化剂的重要组成材料，因此公司当时的布局堪称精妙。道氏技术率先嗅到了燃料电池爆发的味道，便在2019年3月与重塑科技及自然人马东生共同设立道氏云杉，从事氢燃料电池膜电极（MEA）等材料的研制。重塑科技是曾经和佛山飞驰汽车合作研制了第一台氢燃料电池汽车的企业，技术实力毋庸置疑；马东升则是国鸿氢能的创始人，我国燃料电池电堆技术最早的开拓者之一。三者强强联合，目的就是拿下膜电极市场。

三者合作成功与否还需要时间确认。不过最近巴拉德因为膜电极销售剧减而导致亏损，这似乎侧面反应了中国厂商开始发力了。结果如何，我们拭目以待。

上游——氢气

氢燃料电池固然少不了氢气，同时氢气也是下游加氢站的主要成本。如何高效、低成本地获得氢气成为产业链环节的重点。从目前来看，国内化工副产氢的利用是燃料电池行业供氢的较优选择。氯碱、PDH、乙烷裂解的副产品都是不错的氢能供给来源，但一旦氢能需求爆发，化工产品的副产氢不够供给的时候，额外的氢就要通过电解水制得。因此虽然近期化工品制氢的概念备受追捧，但长远来看，水解制氢会成为技术突破的方向。

不同制氢路线的经济规模和成本等比较

光大证券研究所测算了不同技术路线的制氢成本。我们发现成本最低的方式其实是通过煤或焦煤制氢，所以我们现在要引出本文的第二主角——美锦能源（000723.SZ）。

如果说上文道氏技术与佛山飞驰汽车额关系仅限于合作，美锦能源就已经是直接控股飞驰汽车了。2017年底，嗅觉敏锐的美锦能源通过挂牌转让的方式收购飞驰汽车51.2%的股权。为何美锦能源对造车有兴趣？原因就在于美锦能源是山西一家主要经营焦煤、焦炭的企业，而焦煤、焦炭几乎又是制氢的较优技术路线，因此美锦和飞驰汽车的协同效应是毋庸置疑的。但这只是第一步，美锦能源2019年1月份向膜电极生产企业广州鸿基创能增资1.02亿元，获得后者51%股份。而广州鸿基的CTO也是前巴拉德的首席科学家，深得巴拉德“真传”，是美锦能源迈向燃料电池核心技术领域的臂膀。2019年3月21日，美锦能源控股的飞驰汽车开始交付氢燃料客车。佛山市也是诚意满满采购了4个型号共190辆客车以示支持。相信这条路美锦能源会越走越好。

飞驰汽车2019年交付情况

上游——催化剂

谈完电池零件和氢气，下面来谈谈制约燃料电池普及的罪魁祸首——催化剂。虽然非铂类催化剂的研发已经有所突破，但要实现产业化还有很长的路要走。所以当下常用的催化剂仍以Pt/C为主。

催化剂层是氢气燃料电池中氢气和氧气发生电化学反应产生电流的场所。由于燃料电池内的气体、质子和电子都要结合到催化剂表面进行氧化还原反应，所以毫无疑问需要增大催化剂的表面积才能提高反应效率，新型纳米多孔碳膜则承担了这个责任；另外催化的导电性必须好，这样电流才能大，因此排除了其他种类的反应催化剂，只能使用金属铂来增强导电性。Pt/C（铂/碳）催化剂就是这么来的。

催化剂的作用原理

说道铂难免会让人联想起贵金属领域龙头——贵研铂业（600459.SH）。其实公司的铂产品作为催化剂用于其他工业领域已经很长时间了，在铂催化剂的生产技术和工艺上公司也颇有积累。公司的控股子公司昆明贵研催化剂公司是目前国内规模最大，品质高，全方位服务的汽车尾气净化催化剂设计与生产商。然而这并不意味着公司就可以高枕无忧地切入燃料电池领域了，据公司披露，目前公司燃料电池用催化剂开发进展进入实验室放大阶段，暂时还没有产品应用。所以这轮股价的上涨也多半是炒作预期了。

另外还需要提一提石墨烯和碳纳米管。去年中国科学院合肥物质科学研究院王奇课题组将氧化石墨烯(GO)与碳纳米管(CNTs)自组装后形成一种三维结构，然后负载铂，并通过氢等离子放电可以得到具有较大比表面积的铂基三维石墨烯-碳纳米管催化剂(Pt/GNTs)，具有优异的催化性能，将成为未来催化剂的新应用方向。宝泰隆（601011.SH）和东旭光电（000413.SZ）是A股中为数不多拥有石墨烯产能的企业，宝泰隆用机械剥离法进行生产，产品品质好，但产量很小；东旭光电则疑似使用CVD法生产，产能较为充足。

中游——电池系统集成

这个领域的龙头应该非潍柴动力（000338.SZ）莫属。2018年8月，巴拉德宣布潍柴动力以1.63亿美元获得其19.9%的股权，成为其第一大股东。柴油机巨头为何进军燃料电池集成领域？潍柴很清楚，小轿车和公交车可以用锂电池，但是重卡是没法用的，能量密度有天然缺陷，柴油机的未来属于氢能源。

其实潍柴入局燃料电池对其自身而言，压力并不大，因为公司本身就具有相当的资金实力以及多年的国际并购经验，只要肯投入研发，多半还是玩得转的。除入股巴拉德以外，潍柴还先后入股了中国的弗尔赛（新三板企业）和英国的锡里斯。弗尔赛是国内燃料电池堆领域一颗冉冉升起的明星，由“千人计划专家”带队，锡里斯则是与主流技术路线不同，采用非主流的固态氧化物燃料电池（SOFC）技术。反正无论如何，潍柴都一并买下，作为技术储备。2019年1月，潍柴动力 “面向重卡用大功率燃料电池系统集成与控制”项目被国家列为重点科技项目，公司的研发初显成果。

下游——交通运输

燃料电池应用领域颇多，但这里只聊当下成长最快的汽车领域。目前，中国燃料电池乘用车尚处于试验验证阶段，而商用车成为突破口。国内氢燃料电池商用车研发经过多年发展已有一定突破，一方面是续航里程的提高，另一方面是制造成本的下降。

与传统汽车相比，燃料电池汽车与传统的内燃机驱动汽车在构造及动力传输等方面的不同, 为汽车的整体设计提出了新的要求。传统内燃机汽车的发动机——变速器动力总成在燃料电池汽车中不复存在, 取而代之的是燃料电池反应堆、蓄电池、氢气罐、电动机、DC /DC 转化器等设备。而制动系统和悬架也相应变化。

丰田FCHV氢燃料商用车结构

汽车结构的变化对整车厂商的集成提出了新的挑战，而中通客车（000957.SZ）则是一众燃料电池整车厂商中应对挑战的先发者。其实在转战燃料车之前，中通已经错过了电动客车的风口。锂电池时代是宇通、比亚迪的天下，宇通的客车销量是中通的2倍以上，二者的差别绝不仅仅是一个身位。中通意识到在锂电领域已经跟不上领头者的步伐，就想在氢燃料车方面实现“弯道超车”。中通不愧是“老司机”，一开始便瞄准了行业龙头巴拉德的燃料电池发动机技术，并与大洋电机（002249.SZ）成立合资公司，引进巴拉德的技术，开展氢燃料动力总成系统和整车的研发及生产。中通在客车领域深厚的技术积累还是助其取得先发优势。2016年，中通研发出国内首台9米氢燃料客车，2017年发布12米氢能客车，可谓“兵贵神速”。据统计，2018年我国年产氢燃料电池客车1619台，而中通的产量为790台，已然位居行业第一。

下游——加氢站

星星之火，已成燎原之势，如今，氢能产业已经发展到另外一个风口，那就是加氢站的建设。谁占领加氢站，谁就占有氢能产业的主导权。但可惜国人在这方面似乎并不怎么给力，截至2018年末，国内在运营的加氢站数量只有14座，远低于德国的56座和日本的91座，让人惭愧呀！

中外加氢站数量对比（座）

为何我国加氢站这么少？国际氢能燃料电池协会副秘书长王菊一语道破：“制约国内加氢站建设费用居高不下的重要原因之一为关键设备未能实现本土化和自主化，以及加氢站数量的过少，也难以实现规模效应。”

我国目前在运营的加氢站一览

所以说到底还是技术不行。不管是现场制氢，还是外部供氢，总还是有绕不开的技术难题。但是嘉化能源（600273.SH）却想要解决这个问题。2019年3月28日，嘉化能源与三江化工及空气化工共同签署了《氢能综合利用三方战略合作框架协议》。三江化工是嘉化能源的关联公司，而空气化工则是美国Air Products & Chemicals Inc.的子公司，现在全球运行超过250个加氢站项目，技术积累不可谓不丰富。根据协议，空气化工及其关联公司拟在浙江就嘉化能源、三江化工的尾氢资源，投资氢能和液氢项目。该项目预计总占地面积约100亩。傍上了国际空气产品龙头，嘉化能源终于可以在燃料电池产业链环节中分得一杯羹了。

但这还没完，国内的加氢站怎么能一味依赖老外的技术呢？在距离三方协议签署不久后的4月11日，嘉化能源又与国投聚力达成合作，后者成为前者的战略股东。双方将依托嘉化能源的氢气供应优势，完成以液氢工厂为核心的制氢、储氢、运氢、加氢站的区域基础设施综合解决方案。而国投聚力又拥有长三角的政府背景资源，可以方便地切入区域内氢燃料电池整车领域解决方案。布局仍在持续中，最终如何我们拭目以待。

四、氢燃料电池的风险与挑战

“氢锂之争”

自从燃料电池推出以来，使用锂电池还是燃料电池的争论就一直没有停过。总的来说，两种技术各有优劣，下面做了一个比较。

氢燃料电池VS锂电池

二者之间其实并非要争个你死我活。锂电池在技术上更为成熟，成本相对较低，是其目前广泛运用在乘用车上的原因之一。而氢燃料电池成本高、能量密度高，用在驱动商用车、重型机械上更加具有经济性。二者间其实是可以很好地在不同领域各司其职的。不过随着技术的发展，未来锂电池的能量密度越来越高，氢燃料电池的制造成本也越来越低，二者之间有可能产生激烈的竞争，但至少现在还看不到这样的苗头。

氢燃料电池的安全性

氢气本身易燃易爆，这是一个化学常识。它的可燃范围是4-75%vol，爆炸范围是18-59%vol，无色无味，人们凭感官无法对氢气的泄漏有所警觉，一旦泄露便极有可能产生爆炸，这或许就是大家对氢燃料电池安全性存疑的原因。

其实，氢燃料电池的风险是相对可控的。氢气是最轻的气体，在空气中扩散速度快，其向上扩散速度几乎可达到20m/s，是氮气的2倍，天然气的6倍。因此，除非受到屋顶、通风差的屋子或其他充有上升气体的场所限制，氢气的特性会防止它聚集在泄漏处周围。即便在较为封闭的场所，氢气感测器也能帮助感测氢气的泄露。由于氢气扩散速度快，感测器很快便能探测到氢气并进行预警，避免人身伤害。

从危险程度上看，普通汽油甚至比氢气更加危险。汽油的爆炸能量是相同体积氢气的22倍，在发生爆炸时，由于氢气密度远低于空气，爆炸会发生在气源上方，而汽油的爆炸则发生在燃料周围，汽油的危险程度远甚于氢气。

为氢燃料电池爆炸（左）与汽油爆炸（右）

石墨烯电池，氢燃料电池的有力竞争对手？

在2018年北京车展上，正道集团携旗下增程式电驱动汽车H500、K350、HKGT亮相。这些汽车使用石墨烯电池，通过发电机增程器来为电池充电。这些汽车续航能力都在1000km以上，充放电寿命超长，而且能100%增程，让业界惊讶无比。在这，石墨烯电池能由于锂离子可以在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动，可以将充电时长压缩到极致，甚至可以在数秒内为汽车充满电。

石墨烯电池

即便石墨烯电池的确拥有比氢燃料电池更卓越的性能，石墨烯本身的制造成本还是太高了，并不具有经济性。石墨烯的制备方法大致分为4类：

石墨烯制备方法

每一种制备方法都对操作过程要求十分精细。微机械剥离法形成的产品质量好，但无法大规模制备；CVD法可以大规模制备，但难以控制产品的物理形状……总之，目前仍未看到石墨烯大规模产业化的迹象。当然小规模生产给氢燃料电池充当催化剂还是可以的，但大规模生产用于制造石墨烯电池则不行。因此，石墨烯电池暂时还不会与氢燃料电池形成竞争。

注：文中出现的上市公司的名称不作为具体的投资建议，据此投资风险自担。

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