2014年12月15日，豐田發布Mirai，售價對標皇冠，加氫3分鐘，續航500km（NEDC[1]工況，下同），預計2020年銷量達到2萬輛；
2016年3月10日，本田推出量產Clarity，加氫3分鐘，續航589公里；2017年9月，奔馳推出GLC F-Cell，續航437公里；2018年CES，韓國現代推出Nexo，續航達到609公里。
國際方面，寶馬、通用即將推出量產車型，國內方面，上汽領銜，長城、廣汽、吉利、宇通等紛紛加入，一時間，各路人馬紛紛殺入氫燃料電池汽車（Hydrogen FCEV[2]，）產業，新能源汽車戰場硝煙再起，中國本已明晰的電動車技術路線和競爭格局，陡增變數。
中國自2011年大力發展純電動汽車（BEV[3]）以來，純電乘用車在技術、產業、市場方面都獲得了長足的發展，但時至今日，技術瓶頸也日益凸顯，最大的痛點毫無疑問就是續航和充電速度，成為制約純電車下一步發展的最大障礙。
而氫燃料電池汽車可以做到充電3分鐘，續航超過500公里，續航甚至超過燃油車，是否可以徹底解決電動車最大痛點，成為現有以BEV為代表的主流新能源汽車技術路線的顛覆者？
一、燃料電池技術發展：產業化進度落后，迎來歷史機遇期
（一）氫燃料電池技術理論完美，產業化進度落后
燃料電池（Fuel cell）是一種主要通過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應，把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置。最常見的燃料為氫，其他燃料來源來自于任何的能分解出氫氣的碳氫化合物，例如天然氣、醇、和甲烷等。
燃料電池有別于原電池，優點在于透過穩定供應氧和燃料來源，即可持續不間斷的提供穩定電力，直至燃料耗盡，不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續充電。主要燃料電池類型的技術特征見表一：
各種燃料電池技術各有優劣和適用的場景。綜合考慮，最適于乘用車的燃料電池技術是質子交換膜燃料電池，也就是常說的氫燃料電池。
其他類型的燃料電池，在能量密度、工作溫度、燃料適應廣度和材料成本等不同方面尚無法滿足要求。
而氫燃料電池的催化劑昂貴、催化劑中毒[4]等問題，隨技術工藝發展已逐步緩解，未來有望得到徹底解決。
同其他燃料相比，氫的最大優勢是超高的質量能量密度[5]和可接受的體積能量密度[6]（需壓縮氫氣或液化），常見燃料能量密度如表二所示：
更多能源的質量、體積能量密度的比較，見下面的能量密度圖：
由圖二和表二可見，氫能源有遠超其他能源的質量能量密度，正是憑借此點氫能源車才能擁有長續航。
早在十幾年前，氫能源就憑借零污染、可再生、加氫快、續航足等優勢力壓燃油和鋰電池，被譽為車用能源的“終極形式”。
然而，氫燃料電池技術的產業化進度十分緩慢。尤其是在過去十年中，由于鋰電池技術及產業化的突飛猛進，氫燃料電池技術被過度輕視。
導致燃料電池的產業化進程比純電動慢5到10年，根本原因在于氫燃料電池有幾個關鍵問題亟待解決：
氫能源基礎設施建設：氫燃料電池車對充能基礎設施的需求甚至要高于純電動車。純電車雖然充電慢，但除了在充電樁快充之外，還有在家、公司慢充的選項，若出行規律，也稱得上方便。而氫車只能在加氫站充能，如果沒有成規模的加氫站網絡，氫車將寸步難行。
車載儲氫技術：從表二和圖二中可以看出，氫氣的質量能量密度極高，這也是它能支持長續航的基礎，然而由于氫在常溫下是氣態，氫的體積能量密度卻很低。
一般的解決方案是將氫氣壓縮或液化以縮小儲氫罐的體積（固氫方案尚未成熟）。這就需要一個能承受高壓、保證安全的儲氫罐。Mirai的儲氫罐采用碳纖維材料，儲存70兆帕壓縮氫氣，而目前國產儲氫罐受材料工藝限制，只能做到35兆帕。
電堆技術：主要是膜電極與空壓機技術。一個是壽命問題，國內還只能做到幾千小時耐久，日本豐田已經可以做到上萬甚至幾萬小時；另外一個就是供應鏈問題，很多部件還依賴進口，成本大大上升。
（二）鋰電池發展遇瓶頸，氫燃料電池重回視線
在過去十年中，由于鋰電池技術及產業化的突飛猛進，氫燃料電池技術被過度輕視。而最近幾年，氫燃料電池又重新引起了注意，主要原因就是鋰電池發展碰到了天花板：
人們對電動車續航的需求在提升。隨著電動車行業的迅速崛起，消費者的選擇越來越多，相應的，對續航也會在滿足日常使用情況的要求下逐漸提高。人們需要純電車工況續航能達到500公里以上，甚至800公里。
而鋰電池能量密度受限于物理化學極限很難提升。鋰電池能量密度太低，若以多堆電池的方法增加續航，就會造成過多能量浪費在運輸電池本身的尷尬情況，既不經濟，也不合理。在過去十年中，鋰電池的能量密度已經提高了2.5倍，但是已接近安全極限，再提升十分困難，性能與安全不可兼得。
這一對矛盾導致新能源車主，永遠處于充電焦慮之中，無時無刻不在關注剩余里程和充電樁位置。正是這種焦慮，壓抑了許多潛在的新能源汽車購置需求。
很多方面，氫燃料汽車避免了純電車的短板，反而與傳統燃油車的特性很像，例如：加氫與加油都只需要三五分鐘。如此一來，車主就不必到處找充電樁，免去充電等待的時間了。
而相對于傳統燃油車，氫燃料電池車同時具有節能減排的新能源車屬性：
減排：氫燃料電池的反應方程式非常簡單：氫氣+氧氣→水。不僅沒有氮氧化物這種有毒氣體，連二氧化碳都沒有。當然，與電動車碳排放的爭議相似，從全生命周期的角度來看，發電或制氫是免不了有碳排放的。
目前的主流觀點是：即便是考慮70%的火電，純電動車的碳排放還是優于燃油車，氫燃料電池車則與純電動相當或更好。
可再生：相對柴油汽油，氫能源最大的優勢就是可再生。除了工業副產品制氫之外，還能通過煤制氫、利用谷電電解水制氫等，全生命周期的能源效率要優于汽油柴油。氫能源作為可再生能源，對石油對外依賴很強的國家如中國、日本來說，是極具吸引力的選項。
（三）豐田Mirai發布—氫燃料電池技術再掀浪潮
2014年12月豐田推出世界上第一款真正實現商業化大量銷售的燃料電池汽車——Mirai，這是燃料電池汽車產業的里程碑式產品，Mirai續航里程達502km，儲氫重量為5kg，而加氫時間僅需3分鐘，功率密度達3.1kW/L，百公里加速為9.6s。
Mirai的核心部件和工作原理如圖二所示：
Mirai堪稱新一代氫燃料電池車的集大成者，主要創新點包括：陰極，采用3D立體精微流道技術，同時改善透氣性和排水性能；陽極，電解質薄膜做得更薄，氣體在擴散層的擴散性能提升，催化劑處于“超激活”狀態，顯著提升電極響應性能。
催化劑使用鉑鈷合金，大幅降低（90%）鉑金的使用量，降低成本；電堆，功率提升、質量體積減小；儲氫罐，借助碳纖維實現外殼輕量化。
2018 年 5月，李克強總理訪日期間參觀了當代氫燃料電池乘用車的開山之作—豐田Mirai。
豐田Mirai這一劃時代車型的發布，掀起了新一波氫能源車造車浪潮，本田、現代、奔馳等傳統大車廠紛紛加入戰團。豐田也在加緊研發下一代Mirai，預定2019年上市，將搭載GA-L后驅平臺下的全新氫能源動力系統。
二、新能源汽車技術路線比較：FCEV vs． BEV
無論是全球還是中國，發展新能源汽車的初心都是節能減排，盡可能利用清潔可再生能源。
尤其是中國，化石能源結構以煤為主，石油和天然氣不能完全自給，相當程度上依賴進口，為了避免在能源上被卡脖子，在國家戰略層面必須推動新能源汽車發展，擺脫對石油的依賴。我們不妨從環保、節能、成本、充能、續航、安全性、基建需求等指標對FCEV、BEV兩種主要技術加以比較：
通過對FCEV和BEV進行多維度比較，可以看出兩者各有利弊。純電車受限于鋰電池的能量密度，續航和充能速度提升困難；
而氫燃料電池車雖然能量密度極高，續航、充能速度、低溫性能表現優異，但受制于產業化進度落后，基礎設施、成本等問題成為產業發展最大障礙。除了對現狀進行比較之外，兩種技術未來的發展趨勢也有幾點值得關注：
純電車電網負荷問題有待解決。
純電車充電時間長、對電網沖擊太大很難解決。一輛只能跑400公里的特斯拉，即便用超級快充也要80分鐘才能充滿，快充不僅對電池有害會縮短壽命，需要的電流更高達192A（前半段用192A充滿80%，后半段需要低電流涵養電池）。
192A相當于40臺家用壁掛式空調的電流。如電動汽車大規模普及，形成的超高用電負載將對現有電網造成極大沖擊，電網需大規模升級滿足需求。
燃料電池成本將持續下降。
鉑金用量會持續下降，豐田承諾未來的Miari2代時將繼續降低鉑金的使用量，從而大幅拉低燃料電池的成本。FCEV除了儲氫罐需要定期安檢和長使用周期需要更換外，沒有其他的重置成本，未來儲氫罐的成本也會繼續下降。
氫能源車全生命周期排放更占優勢。
氫燃料電池汽車的全生命周期排放，即包含汽車制造、電池制造、燃料（汽油、氫）或能源（發電）制備、汽車行駛全部環節的排放，不僅低于燃油車，也比純電車更低。
三、氫燃料電池車產業鏈分析
氫能及燃料電池產業鏈主要包括上游氫氣供應的制氫、儲氫、輸氫和加氫環節，燃料電池動力系統本身的各個技術環節，以及下游的氫能整車等應用環節。
其中，氫氣供應是保證燃料來源的關鍵，燃料電池堆是產業鏈的核心，燃料電池動力系統是燃料電池應用的重要載體，燃料電池整車為燃料電池技術發展的最終目的。氫燃料電池車產業鏈見圖五：
（一）氫燃料供應：基礎設施是產業發展前提
氫燃料電池汽車的發展極端依賴于制氫、儲氫、輸氫、加氫等氫燃料基礎設施的建設。不同于純電車可以在家或者公司進行慢充，氫車只能在加氫站充能，對充能站的需求更為緊迫。
離開完備的加氫網絡，氫車產業的發展無從談起。在氫車市場尚未培育起來的情況下，基礎設施的建設很可能是沒有商業效益的，一是要從國家政策層面傾斜推動，二是可借助傳統油企的轉型需求助力發展。
制氫：多種制氫工藝并存。
電解水制氫制備過程清潔無污染（不計發電環節），但需要先將電能轉換成氫的化學能，再將氫的化學能轉化回電能，只有40-60%的原始電能被最終利用，能量效率較低，且成本較高，在制氫市場僅占10%左右。
其他制氫方式還包括氯堿工業副產氫，化學重整制氫（即通過化學方法對化石燃料如石油、天然氣、煤、甲醇、氨等，進行高溫重整或部分氧化重整制備氫氣），以及新型的生物、光化學制氫方法。
其中氯堿副產品制氫，由于是在現有氯堿工業體系中，收集原先直接排掉的副產品氫氣，對資源、環境不增加任何新的負擔，且成本適中（1.3-1.5元/Nm3），所制取的氫氣純度高達99.99%，是目前較為適宜的制氫方式。
但此種制氫方式受規模所限，無法滿足遠期氫能源車放量后的需求。長期來看，綜合考慮環保、成本等因素，除氯堿、電解制氫外的氫產能應由化學重整制氫工藝滿足。
儲氫輸氫：短期以氣氫拖車為主，長期發展液氫罐車。對于氫氣的儲存狀態形式可分三種，分別為氣態儲氫、液態儲氫及固態儲氫，分別對應不同的運輸模式。其中氣態儲氫和液態儲氫是目前正在大規模使用的方式。
從氫的輸送距離、用氫要求及用戶的分布情況來看，管道運輸主要適用于用氣量較大、用氣場合相對集中的地區，車、船運輸則適合于量小、用戶比較分散的場合。從運輸狀態來看，液氫、固氫輸運方法一般是采用車船輸送，以液態氫氣為主。
氫氣的密度小 ， 將氫氣加壓后儲存于液罐內， 用牽引卡車或船舶進行較長距離的輸送。液氫罐車因其儲氫罐的壓力更大， 儲集的氫氣更多，其運輸能力是氣氫拖車的十倍以上，將是燃料電池大規模部署后的氫氣解決方案。
加氫站：可借助傳統石油公司轉型意愿推進。
由于純電動車產業鏈的能源端掌控在電力公司尤其是電網手中，傳統大型油企如中石化和中石油等毫無話語權。
新能源車代替燃油車的大勢不可阻擋，傳統油企面臨轉型，必然有意愿、有能力布局純電動車之外的技術路線，撇開電網，掌握話語權。
而傳統油企在氫能源路線上具有先天的優勢，一是石化產業鏈可隨時增加制氫產能，二是部分加油站可改造成加氫站，省去布局選址環節。隨汽油消費量的減少，大型油企可以逐步轉型到氫能源產業鏈。
（二）燃料電池汽車：技術成熟度隨產業化逐步提升
氫燃料電池車為產業鏈需重點攻克的環節，其核心為燃料電池動力系統，包括電堆、空氣壓縮機、高壓儲氫罐等多個零部件，而電堆又是動力系統中的核心。技術尚不完美，處于迭代發展的過程中，存在一些痛點如：需要一定量貴金屬鉑作催化劑，提升了成本；儲氫罐體積偏大，形狀剛性，對整車設計有一定影響等。這些痛點都屬于工程問題，不存在理論障礙，也不會成為產業發展的瓶頸，可望隨產業化程度的加深，逐步解決，或者達到商業上可接受的程度。
鉑催化劑用量持續下降，不會成為產業發展瓶頸。燃料電池鉑用量已經降至產業化水平，如：豐田Mirai單車耗鉑20克左右，并承諾Mirai 2代將繼續降低鉑金使用量，而本田Clarity單車耗鉑已經可以做到10克。考慮燃料電池鉑載量持續下降和非貴金屬催化劑的發展，假設到2025年單車鉑載量5克，燃料電池車年產100萬輛，鉑金總需求量為5噸。相對2017年鉑金年用量244噸，邊際增量只有2%，鉑催化劑不會成為燃料電池產業發展的瓶頸。
儲氫罐技術持續進步，安全性高于大眾想象。以Mirai為例，70Mpa儲氫罐安全度很高，碳纖維罐壁可承受內部70Mpa高壓，外部想擠破它至少要140Mpa。車輛在公路正常行駛，即使重型卡車撞擊也無法產生這種超高擠壓力。另外由于氫氣的逃逸速度很高，發生泄露的情況下會瞬間逃逸至空氣中。相比之下，由于液化天然氣LNG和高壓天然氣CNG較重，泄露后沉積在現場更易爆炸燃燒。隨產業化進展，儲氫罐的成本、安全性、體積也將進一步進化，助力整車設計的提升。
四、氫燃料電池汽車產業發展現狀
（一）全球氫燃料電池車市場概況
全球來看，燃料電池車乘用車的年銷量還處在千輛數量級上，與燃油車接近1億輛和電動車（純電加混動）200萬輛的數字相去甚遠。但2014年豐田Mirai面世，帶來燃料電池汽車銷量增速的提升，市場開始升溫。2013年到2017年底，全球總計售出6475輛氫燃料電池乘用車，其中豐田Mirai占比高達75%。
主要國家發展情況：
日本：兩田你追我趕，技術世界領先。目前日本燃料電池出貨量和裝機規模占全球60%以上，氫燃料電池領域的專利數目遙遙領先于其他國家，在燃料電池汽車開發和商業化上世界領先。
2014年12月豐田推出世界上第一款真正實現商業化大量銷售的燃料電池汽車Mirai，成為產業的里程碑式產品。隨后本田于2015年10月推出首款正式銷售的燃料電池汽車Clarity，性能與Mirai不相上下。日本的燃料電池汽車技術居于世界前列。
韓國：現代緊追兩田，加氫站建設速度加快。2018年底現代推出最新一代燃料電池汽車NEXO，續航里程612km，已在韓國、美國和歐洲上市銷售，根據Marklines 統計已售出796 輛。截至2018 年底韓國有14 座加氫站，規劃中的加氫站有27座。
美國：FCEV車企除本土外最大市場。美國政府對燃料電池汽車大力支持的態度使其成為各大車企的燃料電池汽車的首選海外上市地。豐田Mirai、本田Clarity FC、現代ix35 FCV、現代NEXO都已在美國上市，其中Mirai 銷量為1700 輛，占比達到71.79%。美國加氫站保有量居世界第三，截至2018 年底美國擁有42 座公共加氫站，主要集中在加利福尼亞和東北部城市。
（二）中國發展情況
中國處于氫燃料電池汽車發展的初期，研發經過多年發展已有一定突破，一方面是續航里程有所提高；另一方面，則是整車制造成本有所下降，但在技術上和產業成熟度上和先進國家相比尚有一定差距。
基礎設施：制氫規模居世界首位，固態儲氫材料技術處世界領先水平，加氫站建設緩慢。截至2018 年，中國共有25 座建成的加氫站，另有多座在建，但多數僅供示范車輛加注使用，暫未實現全商業化運營。
政策面：國家對氫燃料電池的支持政策主要分為兩大類：一類是在汽車、能源中均會提及相關的重點任務、發展規劃和指標等；另一類則是在新能源汽車補貼政策中列出對燃料電池汽車的具體補貼政策。與純電、插混不一樣，針對氫能源車的補貼不會在2015年之后出現退坡，充分表明國家對燃料電池汽車的大力支持。2019年兩會，發展氫能源更是被寫進了政府工作報告。
產業面：發展速度仍較慢，商用車領先乘用車。乘用車方面，僅有概念車，上汽集團曾于2017 年推出榮威950FCV，但未量產。而商用車經過多年研發已進入商業化階段，多家車企推出了產品。2018 年《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》中有26款專用車、60款客車入榜。2018 年中國燃料電池汽車產銷1527輛，包括1418 輛燃料電池客車以及109 輛燃料電池貨車。
代表企業包括：
上汽：上汽啟動氫燃料電池項目較早，與清華、同濟等高校合作，在世博會上就開始試運行了。2016年的時候，推出了國內唯一一款榮威950氫燃料電池乘用車。
愛馳汽車：為造車新勢力中為數不多的燃料電池方向廠商，且選擇的燃料為甲醇而非氫，采用甲醇重整制氫的技術方案。
此方案增加了系統復雜度，系統集成與驗證的挑戰性也會更高，但在氫氣的制取、運輸與儲存等相關產業鏈問題尚未解決的情況下，不失為一種可快速占領市場的短期解決方案。愛馳汽車于2019年初注資丹麥甲醇燃料電池系統開發商Blue World Technologies，雙方進行深入合作將加快研發速度。
億華通：燃料電池核心零部件供應商。億華通是依托清華大學于2004年成立的，專注于氫燃料電池技術十幾年。在氫燃料電池市場不景氣、關注度不高的情況一下一直堅持搞技術研發，終于成為了國內技術的領頭羊，也迎來了氫燃料電池市場的升溫。
五、氫燃料電池汽車前景和投資建議
（一）氫燃料電池汽車前景
豐田公開專利，利好產業發展。豐田汽車于2015年宣布開放燃料電池技術專利的使用權，總計5680項。未來全球范圍內的汽車制造商及零部件供應商均可免費使用豐田的氫燃料電池技術。
遠景可期，需要時間和投入。燃料電池汽車產業化進度落后電池車（純電、混電）大約10年，需要時間和投入推動氫能源供應鏈、完善制造產業鏈和培育市場。要讓一個如此復雜的，包括氣體液體和各種易碎精密結構的裝置大批量應用，需要大量的時間和努力。
技術互有重疊，市場互為補充。幾條新能源車技術路線并不是對立的，而是互補、相輔相成的。技術上有重合的部分，市場上也不會有一種路線最終一統天下，而是各有側重。
技術層面上，包括豐田Mirai在內，氫燃料電池車都是“鋰電池”+“燃料電池發動機”的混合體，區別只是誰的成分多一點，誰的少一點。如果電池大一點、可外接充電，就成了增程式電動汽車，區別只在于增程式是燒油的，而氫燃料電池車的增程器是“燒”氫氣的。所以電動車、混動車的很多技術也可以應用于氫燃料電池汽車。
市場層面上，即使在目前氫燃料電池技術領先的豐田的遠期戰略規劃中，各類技術也都有一
根據豐田的規劃，車輛續航里程與尺寸共同決定了燃料（能量來源）類型：小尺寸、短續航里程車輛使用純電動力系統；中等尺寸、續航里程的車輛使用混合/插電混合動力系統；長續航里程車輛使用氫燃料電池系統。
類似的，根據KPMG 2018年的“全球汽車行業高管調查[8]”，高管們一致預測，不會有一統天下的解決方案。到2040年，主要技術路線將四分天下：純電車（BEV）（26%）， 氫燃料電池車（FCEV） （25%）， 燃油車（ICE）（25%） ，混電車 （24%）．”
（二）投資建議
投資基礎設施技術端。
基礎設施建設是氫能源汽車發展的前提，而基礎設施的運營端一定是國家和大型企業（如傳統油企）主導的，投資能夠切入的點只有技術端。
值得關注的技術方向包括：工業制氫后的氫氣純化，液氫儲運技術等。
投資太陽能、風電、谷電制氫。
另外一個可以考慮的方向是，利用風電、太陽能等新能源發電及電網谷電制氫的技術。風、太陽能等新能源發電，清潔無污染，但是不穩定，無法大規模并入傳統電網。
但是如果用來發電制氫，只要有風力、太陽能發電機的地方就可以持續制氫，不僅解決了自身電力不可預知和持續性的缺陷，同時減小制氫污染、降低制氫成本。如果能把這種技術和加氫站結合起來，甚至節省了運輸環節，將是技術和商業模式上的突破。
投資降低燃料電池成本的技術：
燃料電池產業發展的最大阻礙之一即為燃料電池系統成本太高。尤其是燃料電池中的質子交換膜、鉑金催化劑、雙極板、儲氫罐等核心技術。能降低鉑金用量，減小儲氫罐體積、儲氫罐柔性設計等技術將非常有市場前途。
投資電動車基礎技術：
氫燃料電池車有很多技術是和電動車交叉重合的，即純電、插混、燃料電池這幾類新能源車的基礎支撐技術，包括：電機系統及其與發動機、變速箱總成一體化技術；電轉向、電空調、電制動等在內的電動汽車電附件與電控技術；電動汽車智能化、網聯化技術。投資這部分技術，應用范圍更廣。在初期氫能源車市場較小時，不失為儲備技術，伺機介入的一種策略。
（三）投資收購案例
濰柴收購巴拉德
2018年8月，濰柴以每股3.54美元的價格出資1.636億美元，收購納斯達克上市的加拿大公司巴拉德動力系統（Ballard Power Systems）19.9%的股權，該公司是全球領先的燃料電池解決方案供應商。
同時，作為現巴拉德戰略投資者和中國合作伙伴—大洋電機也投資約2000萬美元以維持其在巴拉德9.9%的股權。
濰柴和巴拉德將在山東省成立一家合資公司（濰柴占比51%），滿足中國的燃料電池電動車市場需求。合資公司將生產巴拉德的下一代LCS燃料電池組和基于LCS的電源模塊，用于公交車、商用卡車和叉車。
液化空氣收購Hydrogenics
2019年1月，法國液化空氣集團（Air Liquide）出資2050萬美元收購加拿大Hydrogenics 公司 18.6%股權，該公司是電解制氫設備和燃料電池的領導者。
液化空氣集團通過這項收購表示其對氫能市場的長期承諾以及成為無碳氫供應主要參與者的雄心。
