燃料电池系统期待技术突破和规模效应

来源：中为咨询www.zwzyzx.com 【日期：2016-10-10 11:37:18】【打印】【关闭】

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新能源汽车的大部分成本都来自于动力和储能系统。纯电动车的“三电”系统占据了成本的30-45%，而动力锂电池又占据电池驱动系统约75-85%的成本构成。与纯电动车类似，燃料电池车的成本主要还是来自于燃料电池系统，燃料电池系统和储氢系统两者的成本占了燃料电池汽车总成本的83%。如此之高的成本导致燃料电池车在内饰等各方面难以与同价位的燃油车相抗衡。

燃料电池车成本拆分

燃料电池系统之所以昂贵，是因为昂贵的铂催化剂和石墨双极板。燃料电池系统中有67.9%的成本来自于电堆，而电堆中46%的成本是催化剂和电极带来的，其次是双极板，成本占比也达到了24%。

燃料电池系统成本拆分

电堆模块成本构成

在降低催化剂成本的方面，目前有两条路径，一条是降低铂的使用量，另一条则是研发非铂催化剂，两者都已有所进展。

铂使用量的降低现在已有所成效。丰田发现了使铂微粒增大的方法，并且通过优化铂钴合金比，将催化剂的性能提高了80%；催化剂的碳载体也由空心体改为实体，使得铂金催化剂只能附着于碳载体表面而不会进入到内部空心中。与上一代电堆相比，新一代电堆铂的利用率提高为原来的两倍，铂的消耗量减少了三分之二。纵观燃料电池发展史，每平方厘米需要的铂已经从最初的50mg降低到

了现在的不足0.2mg。

丰田发现使铂微粒增大的行为、条件和材料

而非铂催化剂也在研究中，例如MIT研究团队开发了一种“可移除陶瓷涂覆法”，制得了非烧结的双金属碳化物纳米颗粒，经测试具有与目前商业铂催化剂相当的催化性能，是目前商业化碳化钨粉末催化活性的两倍，并能有效解决现有产品存在的烧结和表面碳沉积问题。虽然无铂催化剂尚未进入工业应用的阶段，但很可能是未来大幅降低燃料电池成本的关键。

双极板也是燃料电池的重要成本组成部分之一。现在通常使用的是石墨双极板，需要精密的机械加工，加工费用相当高，每块500cm2双极板加工费大于100美元，占双极板费用的80%以上。而且加工时间比较长，不容易大批量生产。

双极板80%的成本来自于制造费用

因此降低双极板成本的方法主要有：1）寻找简单的加工方法，能够在操作成本降低的同时进行批量生产；2）寻找代替石墨的材料用于双极板的制作，该材料可以以低成本、低费用的方式批量生产。例如瑞典公司ImpactCoatings推出的CeramicMaxPhase陶瓷涂层，可以涂在不锈钢板上做成金属双极板，进而将镀层成本降低到每千瓦5美元。

除了催化剂和双极板外，车企还通过系统设计、质子交换膜价格、流场设计、储氢罐成本等多方面进行成本的削减。美国能源局规划于2020年将燃料电池成本下降到40美元/Kw，最终达到30美元/Kw，届时燃料电池汽车很可能在成本上将超越纯电动车。而学术界则认为可以通过各项成本的削减，在2017年达到30美元/Kw的水平

美国燃料电池系统成本规划

燃料电池学术会议中的成本规划

美国能源部对燃料电池汽车的成本进行了预估，规模效应将对燃料电池及燃料电池汽车的成本形成重要影响。当燃料电池年产量为10万台时，成本在60万元/Kw左右，当年产量达到50万台时，成本可以降低到53美元/Kw。同样的，在年产量在2万台时，整车成本在4.8万美元左右，当年产量达到20万台，成本可下降到3.7万美元。一旦电堆能够获得技术性的突破，预计到2020年燃料电池整车成本将不足3万美元。

燃料电池汽车成本预测（单位：美元）