1、燃料电池电堆产业链投资分析报告(此文档为word格式，可任意修改编辑！）2017年1月正文目录1 政府政策提供保障 52燃料电池汽车：国内外车企积极布局 62.1丰田燃料电池汽车规划 62.2 国内车企布局燃料电池车 63燃料电池产业链：电堆是核心 83.1燃料电池产业链 83.2燃料电池堆是产业链核心 94 燃料电池电堆产业链及主要供应商 104.1 电堆产业链分析 104.2质子交换膜：电堆核心组件 114.3催化层：低铂用量是趋势 134.4 扩散层：有望降低生产成本 154.5双极板：材料有待优化 164 燃料电池电堆成本下降的路径选择 184.1 燃料电池成本下降是必然趋势 184.
2、2燃料电池电堆成本下降路径 195 锂电池产业链映射投资机会 215.1 锂电池产业链投资启示：上游表现最强 215.2 燃料电池产业链机会：锂电池映射投资机会 226.从燃料电池供应链角度选择投资机会 236.1丰田燃料电池电堆供应链分析 236.2 巴拉德燃料电池电堆供应链分析 246.3 国内电堆供应链分析 257.主要投资策略 268.主要风险 26图表目录图1：氢燃料电池相关政策 5图2：日本丰田汽车燃料电池汽车计划目标 6图3：国内车企燃料电池车规划 7图4：第9批免征购置税新能源汽车（燃料汽车） 7图5：燃料电池产业链概况 8图6：燃料电池成本分拆 9图7：燃料电池电堆 9图8：
3、燃料电池电堆产业链 10图9：燃料电池电堆结构 11图10：燃料电池电堆成本构成 11图11：质子交换膜工作原理 12图12：燃料电池质子交换膜 12图13：质子交换膜类型对比 13图14：质子交换膜主流企业及产品 13图15：全球铂产量分布（2015年） 14图16：全球各类型燃料电池出货量占比 14图17：燃料电池催化剂主流企业及产品 15图18：燃料电池气体扩散层主流企业及产品 16图19：燃料电池双极板材料 17图20：燃料电池双极板结构 17图21：金属双极板材料对比 18图22：燃料电池双极板主流企业及产品 18图23：燃料电池成本下降 19图24：燃料电池电堆成本下降 19图25
4、：锂电池产业链公司股价走势比较 21图26： 天齐锂业季度毛利率比较 22图 27：碳酸锂价格走势 22图28：燃料电池产业链 23图29：丰田燃料电池电堆供应商 24图30：巴拉德燃料电池电堆供应商 25图 31：氢燃料电池产业链及公司 261 政府政策提供保障 氢燃料电池汽车是新能源汽车发展的趋势，关于氢燃料电池汽车，政府多部门先后出台了相关支持该产业发展的政策及提出了相应的目标。 今年12月19日，国务院印发了“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（以下简称规划），规划中专门指出要系统推进燃料电池汽车研发与产业化。规划提出未来着力解决的两大重点是解决氢燃料电池成本高企和加氢站数量不足。规划
5、要求加强燃料电池基础材料与过程机理研究，推动高性能低成本燃料电池材料和系统关键部件研发。加快提升燃料电池堆系统可靠性和工程化水平，完善相关技术标准。推动车载储氢系统以及氢制备、储运和加注技术发展，推进加氢站建设。规划提出目标：2020年，实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。我们认为，此次规划专门提及氢燃料电池汽车未来目标及成本下降，表明政府对氢燃料电池汽车产业的支持，为氢燃料电池汽车产业化提供保障。图1：氢燃料电池相关政策2燃料电池汽车：国内外车企积极布局2.1丰田燃料电池汽车规划 日本公司在新能源汽车技术方面，选择从混合动力技术汽车直接过渡到氢燃料电池汽车，其中丰田是布局燃料电池汽车较
6、早的公司，其技术也在国际上处于领先水平。 根据marklines报道，丰田汽车公司计划于2017年底销售燃料电池汽车3000辆，并规划在2020年将销量提高到3万辆左右。图2：日本丰田汽车燃料电池汽车计划目标2.2 国内车企布局燃料电池车 国内车企布局燃料电池汽车，代表性车企如上汽对燃料汽车规划较早，其既有燃料电池客车也研发了燃料电池乘用车，目前持有新源动力股比为 34.2%，是新源动力大股东。客车企业中宇通、福田、金龙等积极布局燃料电池客车。 在出台的第9批免征购置税新能源汽车中，分别有燃料电池轿车、客车、专用车进入了目录。 车企的积极布局和研发有望促进燃料电池汽车的产业化，预计未来燃料电池
7、汽车的销量有望逐年增加。图3：国内车企燃料电池车规划图4：第9批免征购置税新能源汽车（燃料汽车）3燃料电池产业链：电堆是核心3.1燃料电池产业链 燃料电池上游主要是氢气和氧气，是燃料电池的动力来源。氧气较容易获得，主要通过直接吸取空气作为氧气的来源。目前氢气的来源主要分为三类，一类是烧碱、钢铁及石油制炼产生的副产物，一类是通过化石燃料改制及电解水产生氢气，而第三类目前使用较少，主要通过碘硫反应及光触媒等技术制备制取。 燃料电池储氢方式主要包括高压储氢、液态储氢以及储氢材料储氢，目前燃料电池汽车储氢的主流技术是高压储氢，储存的气体氢通过氢泵进入电堆，同时氢泵也可以调节氢气压力实现与空气压力的协调
8、以保障电化学反应的稳定。中游产业主要包括燃料电池电堆、空压机、水泵、氢泵、储氢器、加湿器以及部分装配件，最终根据不同需求装堆组成燃料电池。下游主要是市场运用，包括汽车、电子设备等。图5：燃料电池产业链概况3.2燃料电池堆是产业链核心 电堆是燃料电池的电能来源，也是燃料电池中最为关键的部分，成本占比高达62%。国内外在电堆性能方面差异较大，以丰田为例电堆中的单电池数量可达 300-400片，而输出功率可达114KW，而国内水平通常在30-60KW。图6：燃料电池成本分拆图7：燃料电池电堆4 燃料电池电堆产业链及主要供应商4.1 电堆产业链分析 燃料电池电堆由端板、绝缘板、集流板以及多个单电池组成
9、，其中催化剂和双极板的成本占比较高，分别达到36%以及23%。单电池主要由双极板和膜电极组成，其中膜电极MEA由5层材料构成，分别是最外层的两层气体扩散层、两层催化层以及一层质子交换膜。单电池需要由堆栈的方式构成电池电堆，电堆的两侧需要端板、绝缘板以及集流板等结构装配，起固定、绝缘以及收集电流的作用。图8：燃料电池电堆产业链图9：燃料电池电堆结构图10：燃料电池电堆成本构成4.2质子交换膜：电堆核心组件 质子交换膜是电堆的核心组件，以聚合物膜作为电解质，其性能直接影响燃料电池的性能。 质子交换膜主要作用：一方面为电解质提供氢离子通道，一方面作为隔膜隔离两级反应气体，此外还需要对催化剂层起到支撑
10、作用。燃料电池工作时，负极供给燃料氢气在铂催化剂的质子交换膜作用下分解成质子氢离子和电子，氢离子可以通过质子交换膜进入正极和氧气反应生成水并释放热量，而电子则不能通过质子交换膜，只能通过外电路形成电流为负载供电。图11：质子交换膜工作原理图12：燃料电池质子交换膜 质子交换膜类型主要包括全氟磺酸膜、非全氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜、复合膜以及高温膜。目前商业应用主要以全氟磺酸膜为主，但大多数种类膜在燃料电池高温工况下化学性能不稳定，成本较高。采用多种材质掺杂的复合膜可以大大改善机械性能，降低内阻从而提升输出功率，目前国内外商业化均转向复合膜领域。图13：质子交换膜类型对比
11、 目前市场上应用较多的质子交换膜产品主要来源于美国、日本以及加拿大等国家的企业，其中美国Du Pont研制的全氟酸质子交换膜应用最为广泛，主体材料是氟磺酸型离子交换树脂。图14：质子交换膜主流企业及产品4.3催化层：低铂用量是趋势 催化层：铂催化剂兼备较高的利用率和催化活性，同时催化性能稳定。据哥本哈根研究团队研究表明，一般每毫克传统催化剂能够产生1安培电流，而1毫克铂金属能生成8安培电流。铂金属属于稀有的金属，且全球分布不均匀，主要分布在南非、俄罗斯、津巴布韦等地区，三个地区铂产量约占全球产量的90%。燃料电池中出货量较高的PEM、PA、DM均使用铂族金属作为催化剂的主要材料。图15：全球铂
12、产量分布（2015年）图16：全球各类型燃料电池出货量占比 铂价格大约在250元/克，高昂的铂成本是燃料电池汽车降本的关键，低铂用量是趋势。， 催化剂主要来源于日本、德国等的公司，如日本的田中贵金属等公司。图17：燃料电池催化剂主流企业及产品4.4 扩散层：有望降低生产成本 气体扩散层通常由基底层和微孔层组成，基底层通常使用多孔的碳纤维纸、碳纤维织布、碳纤维非纺材料及碳黑纸，主要起到支撑微孔层的催化层的作用，微孔层主要是改善基底层孔隙结构的一层碳粉，目的是降低催化层和基底层之间的接触电阻，使得流道气体以及产生水均布分配。气体扩散层主要由导电的多孔材料组成，可以支撑催化层、收集电流，同时实现气体
13、和水在流场区域和催化剂之间的再分配。 扩散层现阶段主要供应商是日本的东丽、德国SGL等公司，若国产化后，可降低开发生产成本，可降低燃料电池制造成本。图18：燃料电池气体扩散层主流企业及产品4.5双极板：材料有待优化 双极板是将质子交换膜燃料电池串联起来组装成电堆的关键部件，双极板两侧分别与阳极和阴极的膜电极接触。 双极板原材料主要包括：石墨、金属材料、复合材料。目前使用较多的是石墨，石墨拥有优异的化学稳定性和导电性，但石墨气密性欠佳。不锈钢、钛合金等金属具有良好的导电性和散热性，也可作为双极板原材料，但由于金属本身的耐腐蚀性能较弱，需要在金属表面通过镀膜的方式改变金属表面特性以增加其耐腐蚀性，
14、镀层材料一般为镍、铬、钛等涂层金属以及这些金属的碳化物或氮化物。复合材料双极板因其质量较轻，较易加工也是双极板的常用材料。双极板供应商国外主要是德国Dana公司提供金属双极板。图19：燃料电池双极板材料图20：燃料电池双极板结构图21：金属双极板材料对比图22：燃料电池双极板主流企业及产品4 燃料电池电堆成本下降的路径选择4.1 燃料电池成本下降是必然趋势 根据美国能源部（DOE）的测算，以80kW质子交换膜燃料电池为例，在大规模生产条件假设下，燃料电池的生产成本从在2010年以前大幅下降，从2011年开始较为稳定地维持在50美元/kW以上的水平，同时美国目标在2020年将燃料电池成本降低到4
15、0美元/kW，并最终达到35美元/kW。目前质子交换膜燃料电池实际成本在1,000-2,000美元/kW左右，根据Lux Research估计，汽车厂商制造燃料电池堆的价格约在50,000到 100,000美元之间，而2016年12月丰田推出的新一代Mirai燃料电池汽车整车价格已经低至5万美元。图23：燃料电池成本下降4.2燃料电池电堆成本下降路径 从现有的技术与市场出发，我们认为，未来燃料电池成本的降低可以从三个方面入手：一是优化材料和创新制造工艺，二是利用规模化效应降低量产成本，三是建立标准化平台化的体系。原材料价格昂贵或工艺不完善的部件，例如催化剂、质子交换膜、双极板等可以通过优化制造
16、材料改进制备工艺的方式降低成本，现有技术已经较完善的部件可通过建立标准化平台化的产品体系并利用规模化生产的效应有效建立成本优势。图24：燃料电池电堆成本下降 优化膜电极制备工艺。膜电极是燃料电池发生电化学反应产生电能的关键部件，膜电极技术从最初的热压法到CCM法一直到最新的有序化膜电极技术，其生产成本持续下降，3M推出的有序化膜电极已经把成本降到5美元/kW，预计未来可通过材料优化，开发低成本量产工艺，进一步降低制造成本。 降低Pt用量，开发低成本催化剂。催化剂成本是制约膜电极成本的最大因素，现在最常用的催化剂是将纳米Pt颗粒搭载在碳粉载体上使用。铂金属因其储量稀有，价格高昂，催化剂的材料成本
17、很难通过量产规模化来降低，而只能通过技术革新来实现。未来技术将着重于进一步降低Pt用量、增强耐久性以及开发非Pt催化剂，通过降低对贵金属的依赖，大幅度降低成本。 创新成膜工艺，静待规模量产。质子交换膜主要功能是分隔氢气与氧气传递质子，是电化学反应的关键部分。全氟磺酸膜具有高温分解、合成成本高等缺点，仍然需要开发性能更好的复合膜。目前国内虽然已有部分企业能生产全氟磺酸膜，但市场仍然被进口产品牢牢掌握，目前主流的供应商是最早开发应用全氟磺酸膜的美国杜邦公司。杜邦膜价格按乘用车用量计算相当于120美元/kW，按上汽荣威950FuelCell搭载的30kW燃料电池计算，其质子交换膜成本在25000元人
18、民币以上。依靠国产化技术探索，开发新型制备工艺是目前降低质子交换膜成本的必由之路。 扩散层国产化加速打破国际垄断。气体扩散层用于分布反应气体，在电极和双板之间传导子热量。碳纸是目前应用最广泛的扩散层材料，其制备技术研究比较完善，但其市场份额主要垄断在德国SGL、日本东丽、加拿大巴拉德等几家国际生产商手中，国内的生产开发起步较晚，目前仅有小批量的生产。气体扩散层是目前燃料电池堆各部件中技术条件最成熟，商业化利用潜力最好的产品，未来通过在国内建立批量化的生产设备，开发标准化平台化的产品，降低开发生产成本，可以大幅降低燃料电池中扩散层的制造成本。 优化双极板材料，降低加工成本。双极板用于分隔氢气与氧
19、气并收集电流，通常使用的材料是无孔石墨板或碳板，加工费用高，石墨板材机械加工的费用占据了双极板的绝大部分，限制了双极板规模化生产。发展趋势是开发石墨-树脂复合材料与金属基材料，其中金属基材料最被看好，但同时也面临着材料腐蚀与毒化的问题。我国是世界最大的石墨储量国和出口国，开发潜力巨大，未来的研究可以尝试优化石墨的加工方式，充分利用资源优势，有利于未来产品的产业化。5 锂电池产业链映射投资机会5.1 锂电池产业链投资启示：上游表现最强 今年上半年，锂电池产业链各相关司表现分化明显，股价表现较好的基本集中在最上游锂矿资源及正级材料，而中游及下游整车表现一般。 究其原因，主要是上游涨价、盈利弹性大；
20、另外，上游公司也集中在一些具备核心竞争力的龙头公司上。 从主要公司表现也可看出，差异化明显，最上游的天齐锂业、当升科技等股价走势强劲，中游和下游整车表现均一般，如国轩高科等股价表现一般。图25：锂电池产业链公司股价走势比较图26： 天齐锂业季度毛利率比较图 27：碳酸锂价格走势5.2 燃料电池产业链机会：锂电池映射投资机会 从锂电池产业链投资角度看，在下游需求释放时，具备资源优势，进入锂电池供应链体系的上游弹性较大，具备价涨量升弹性，如上游的锂、钴资源，其相关公司股价表现也远好于产业链其它公司。 对于燃料电池电堆产业链投资，我们可对照锂电池产业链投资逻辑，映射燃料电池电堆产业链机会： 在燃料电
21、池电堆中，膜电极是核心要素，而在膜电极中质子交换膜、催化剂又是核心，预计催化剂及质子交换膜弹性较大，燃料电池产业链中催化剂及膜电极的相关公司的投资机会较大。图28：燃料电池产业链6.从燃料电池供应链角度选择投资机会 现阶段燃料电池电堆已实现产业化的主要是日本丰田和巴拉德，预计未来这2家公司燃料电池车销量有望逐步释放，则能够进入他们供应链体系的公司有望受益。 国内车企积极布局燃料电池汽车，未来有望能够进入或具备能力进入燃料电池供应链的公司受益。 投资角度：可关注已经进入供应链体系或潜在能进入供应链体系的公司。6.1丰田燃料电池电堆供应链分析 现阶段，因燃料电池车规模较小，丰田燃料电池供应链相对封
22、闭，除了质子交换膜有用到美国杜邦Dupont的系列膜外，其它供应商主要是来自于日本本土供应商。 Toary、TKK以及UBE为其提供燃料电池动力系统中的高压储氢罐原材料高强度碳纤维，Toary与TKK的碳纤维产品也作为丰田膜电极中气体扩散层碳纸层的原材料，TKK还是其催化剂供应商。丰田燃料电池电堆质子交换膜主要采用JSR的碳化氢高分子膜，Dupont的Nafion系列膜及Asahi Class的Flemion膜，而密封圈主要由Mitsui Chemicals供应。若未来丰田燃料电池车销量释放，预计在燃料电池电堆方面不排除会考虑其它非日本本土厂商，可关注能进入丰田燃料电池供应链体系的公司，或者潜
23、在能进入供应链体系的公司。图29：丰田燃料电池电堆供应商6.2 巴拉德燃料电池电堆供应链分析 相对于丰田较封闭的供应链体系，巴拉德电堆供应链体系相对开放，兼具自身集团内部配套和外部配套。 质子交换膜：主要由ballard advanced materials巴拉德先进材料公司提供，是巴拉德动力系统公司子公司，主要业务是生产合成橡胶制品，其为巴拉德动力研发质子交换膜技术，并已提供 BAM一代至三代的质子交换膜，二代质子交换膜的性能已能与杜邦公司的膜媲美。 催化层供应商：主要由两家外部供应商配套：田中贵金属和英美铂金有限公司。TanakaPrecious Metals田中贵金属是全球贵金属行业龙头
24、之一，主要业务范围集中在铂、金、银等8种贵金属产品。 Anglo American Platinum limited英美铂金有限公司是世界上最大的铂族金属供应商，约占全球铂总量供应的38%，2014年英美铂金公司与巴拉德动力系统公司在南非开展燃料电池发电技术的合作。 气体交换层供应商：主要由两家供应商配套：巴拉德动力系统和信雅达公司。ballard powersystem 巴拉德动力系统公司是全球质子交换膜燃料电池系统的龙头企；Zenyatta VenturesLtd 信雅达公司是目前世界上唯一的稀有火成岩热液矿床，该矿床天然石墨品质高，相比合成石墨极具竞争力，2015年8月，信雅达公司与巴拉
25、德动力系统公司合作，提供气体扩散层和双极板所需的石墨矿。双极板供应商：主要由两家供应商配套：信雅达公司和日清纺株式会社。图30：巴拉德燃料电池电堆供应商6.3 国内电堆供应链分析 随着国内氢燃料电池车逐步产业化，能进入车企燃料电池供应链或具备潜力进入供应链的公司可关注。 目前国内燃料电池电堆产业链： 催化剂：主要是铂金属，属于上游资源，且稀缺，一旦能进入电堆产业链体系中，则有望获得量价齐升，可关注贵研铂业。 质子交换膜：新源动力开发出商用化的膜电极组件产品，东岳集团； 双极板：安泰科技。 电堆：国内主要是新源动力（上汽集团、南都电源、长城电工持股）。图 31：氢燃料电池产业链及公司7.主要投资
26、策略 长期角度，燃料电池汽车是技术的必然趋势，且在政策支持下，燃料电池车产业化是必然，未来随着技术进步、成本下降，燃料电池车销量有望逐年释放，其产业链上相关公司将受益。 根据我们以上分析，燃料电池产业链可从三条主线选择产业链投资机会：主线一：催化剂、质子交换膜方面，建议关注：贵研铂业；主线二：电堆及双极板方面，建议关注：安泰科技；主线三：下游整车，建议关注：上汽集团、福田汽车、金龙汽车。8.主要风险 燃料电池成本下降低于预期。若燃料电池成本下降进度低于预期，则会影响燃料电池汽车的推广。 加氢站等设备建设低于预期。若加氢站等设备建设滞后，则影响燃料电池汽车的推广。燃料电池技术突破低于预期。国内现阶段燃料电池技术与国外存在差距，部分关键零部件还需进口，如技术突破低于预期，则将影响燃料电池汽车产业化进度。 经济下行导致车企研发燃料电池汽车进程放缓。若经济低于预期，则汽车厂家推进燃料电池汽车研发可能低于预期。
