分析預測 | 燃料電池汽車市場的“鯰魚”
來源：氫能源網 2021-02-19
2021年1月13日，中汽協發布2020年汽車工業經濟運行情況。
數據顯示，12月，燃料電池汽車產銷分別完成264輛和229輛，同比分別下降81.3%和83.7%；2020年全年，燃料電池汽車產銷分別完成1199輛和1177輛，而根據中汽協《2019年12月汽車工業經濟運行情況》顯示，2019年分別完成2833輛和2737輛，2020年燃料電池產銷量均出現大幅下降。
圖 1所示為從中國汽車工業協會官網獲取的各月《汽車工業經濟運行情況》中統計而來的各月燃料電池汽車產銷情況。其中：《2020年7月汽車工業經濟運行情況》中，未公布當月燃料電池汽車產銷情況，且1-7月累計情況與《2020年8月汽車工業經濟運行情況》相關數據無法對齊，而其后發布的相關《汽車工業經濟運行情況》1-x月份累計情況均與《2020年8月汽車工業經濟運行情況》數據對齊，因此，本統計圖中7月份當月產銷情況按照“1-8月累計產銷量”-“1-6月累計產銷量”-“8月當月產銷量”）計算。
圖1 / 國內燃料電池汽車月度產銷量
從圖 1所示數據可以發現，2月產銷數據均為0，這主要受疫情影響。3月份，隨著黨中央的堅強領導下，我國的疫情得到一定程度的控制，同時，大規模的復工復產逐漸開始，燃料電池汽車的產銷逐漸恢復，但始終未能恢復到1月水平。按照3-8月的恢復生產趨勢估計，2020年已無法實現2019年的全年產銷量。而到了9月份，燃料電池汽車的銷量再次跌至個位數。本次變化主要受“以獎代補”政策公布在即影響，各家均在觀望過程，使得產銷量雙雙下降。10月份，隨著“以獎代補”政策公布，燃料電池汽車產銷量再次提振，且11月與12月出現了超過200輛的產銷額。然而，縱觀10-12月，其當月產銷量同比分別下降53.5%、50.4%（10月），34.4%、29.1%（11月）和81.3%、83.7%（12月），也就是說，即使政策已明確支持方式，但是由于“城市群”最終花落誰家仍未確定，燃料電池汽車的產銷量仍未大幅增加。
2020年的產銷量震蕩情況讓人不禁陷入深思：燃料電池汽車產業如此依賴政策的扶持，何時它才能“斷奶獨立”，真正成為萬鋼部長從提出的“三橫三縱”中可以支撐我國新能源汽車產業的最后一“縱”。
以史為鑒，觀察純電動汽車的發展歷程，也許能夠為我國燃料電池產業發展帶來一定的啟示：中國燃料電池汽車的發展，需要攪動沙丁魚群的鯰魚，正如特斯拉上海工廠的開工，帶來的中國優質電動車的大規模出現。
純電動汽車的發展歷程
在此前20年內，純電動汽車的發展歷程，幾乎就可以代表我國新能源汽車的發展歷程。20年來，我國新能源汽車從無到有，迎來高速發展，大致經歷了下列三個階段：
萌芽期：以新能源汽車示范推廣為主；
該階段主要時間為2001年-2008年，從萬鋼部長提出“三橫三縱”戰略開始，到2008年北京奧運會示范運行。這段時間成為了我國新能源汽車行業的戰略規劃期，以政府、企事業單位為主導的示范項目證明了新能源汽車的可行性。
快速成長期：補貼刺激行業高速發展；
該階段主要時間為2009年-2016年。從“十城千輛”項目到大規模的補貼為發端，新能源汽車的產銷量爆發式增長。彼時，國家補貼甚至高于新能源汽車的制造成本，因此，即使貼錢賣車，廠家也有利可圖。因此，出現了大量的騙補行為。
“冷靜調整期”：騙補事件&后補貼時代。
2016年，財政部曝光了多家車企的騙補行為。為了防止騙補，2017年之后，陸續發布了新的補貼政策，嚴格了補貼發放方式，并且大幅減少了補貼額度。按照國家規劃，2020年我國新能源汽車的補貼原計劃只保留燃料電池汽車部分，而純電動、混動方面，原本會面對補貼取消的情況。然而，突如其來的新冠疫情對我國經濟造成了嚴重的影響，為了提振經濟，促進汽車消費，2020年4月23日，財政部、工信部、科技部、國家發改委等四部委發布關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知。通知指出，綜合技術進步、規模效應等因素，將新能源汽車推廣應用財政補貼政策實施期限延長至2022年底。
圖 2所示為2013年至今的新能源汽車銷量變化圖。從圖中可以看出，在2016年之前，新能源汽車的銷售增速極高，但是在“騙補事件”后，增長速率開始下降。特別是在2019年，由于政策退坡，出現了銷量的下降?？梢姡谘a貼時代，我國新能源汽車過的過分安逸，對補貼的依賴十分嚴重，一旦補貼退出，銷量下降隨之而來。
圖2 / 2013-2020年中國新能源汽車銷量及增長率
2020年，國內新能源汽車銷量逆勢增長，根據《2020年12月汽車工業經濟運行情況》數據，1-12月，汽車產銷分別完成2522.5萬輛和2531.1萬輛，同比分別下降2%和1.9%。而1-12月，新能源汽車產銷分別完成136.6萬輛和136.7萬輛，同比分別增長7.5%和10.9%。
宏觀來看，新能源汽車的逆勢增長，與補貼政策的保留有一定的關系，由于政策延續到2022年，在一定程度上提振了新能源汽車的信心。
然而，微觀來看，2020年12月，新能源汽車銷量的前三名分別為1、五菱宏光mini ev；2、特斯拉Model 3；3、長城歐拉黑貓。其中，五菱宏光mini ev由于續航里程不足300km，無法享受補貼；特斯拉Model 3部分配置因為售價過高，無法享受補貼。與宏觀政策影響機理相違背的是，新能源汽車銷量的前兩名居然都是不享受補貼的車型。由此可見，即使沒有補貼，新能源汽車也可以完成銷售任務。
那么，究竟是什么，讓新能源汽車在2020年逆勢增長呢？
2018 年 4 月，工信部發布《汽車產業中長期發展規劃》，宣布將放寬外資汽車廠商在華運營生產合作企業時的出資限制，并于 2025 年前提高目前定為 50% 的出資上限。隨后，馬斯克火速趕往中國，意欲打開中國建廠之路。會面后三個月，馬斯克與上海市政府簽署了合作備忘錄，2018 年年底，工廠開始建設，2019 年 1 月，馬斯克來到中國參加奠基儀式，工廠正式破土動工。10 月 17 日，特斯拉上海工廠獲得批準，開始生產 Model 3。
特斯拉超級工廠選址上海臨港，同時還獲得了35 億元人民幣的無抵押貸款，貸款利率為央行年基準利率的 90%。上海政府為了特斯拉放棄了蔚來汽車，最終使得蔚來汽車落戶合肥，其后意圖顯而易見：通過引入電動汽車的標桿企業，迅速搶占新能源汽車的高地。于此同時，外來生物「特斯拉」究竟是鯊魚還是鯰魚的問題，也在國內業界引發了討論。
一年下來，我們很欣喜地看到特斯拉真的是一條優質的鯰魚。新能源汽車的逆勢增長，五菱榮光Mini EV開進大街小巷，傳統大車企紛紛針對私人用戶推出高端新能源汽車品牌，拉開“造新車”的大幕。這一切，都預示著我國新能源汽車的美好未來。
豐田：“鯰魚”還是“鯊魚”？
對燃料電池汽車稍有了解的人，可能第一個想到的汽車是豐田Mirai，它在燃料電池領域的江湖地位近乎特斯拉的Model s：作為第一款量產燃料電池汽車，Mirai確實與Model S有著很多相似之處。而在第二代Mirai發布之后，其作為一款售價僅為710萬日元（約合43.60萬人民幣）的“大號亞洲龍”，確實讓人有了物美價廉的感覺。
然而，進一步了解我國燃料電池產業與國家扶持方向之后，對于豐田Mirai成為這條“鯰魚”，也許會產生疑惑。從我國的“以獎代補”政策規劃防線以及當年“三橫三縱”政策提出的初衷來看，燃料電池汽車在我國本就不以發展乘用車為重點，其相較于鋰離子電池的大功率、長續航、快速加注的特點，放在常常用于上下班通勤的乘用車上，確實有種“殺雞用牛刀”的感覺。而在商用的貨運、客車上，燃料電池的特性則更加合適。
因此，此前筆者一直以為那條“攪動沙丁魚群的鯰魚”將會是同樣名字來源與那個發明交流電的偉大科學家的尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）的另一家公司：美國明星新造車公司尼古拉汽車。
尼古拉汽車與特斯拉汽車確實有這些許相似之處，他們不但有同源的公司名，相同的創始國度，其開發的樣品車也和特斯拉汽車初代車一樣，飽含科技感，甚至Nikola真正被大眾熟知，就是來自于它與特斯拉的“碰瓷”——2018年，Nikola起訴特斯拉，稱后者的Semi卡車與自家的Nikola One過于相似（圖 3），侵犯其設計專利，并要求賠償20億美元，雖然這件事最后不了了之，但它成功把Nikola送上舞臺，抓住大眾的眼球。
2020年9月8日，美國汽車巨頭與尼古拉汽車達成戰略合作協議。根據協議，兩家公司將聯手生產電動皮卡和燃料電池商用卡車，以挑戰特斯拉。此外，通用汽車還將收購尼古拉11%的股份，這些股份價值20億美元。
然而，一個外表看上去風光無限的初創公司，卻在2020年9月16日被爆出存在“欺詐”行為：沽空機構HindenburgResearch發表了一份關于電動卡車制造商尼古拉（Nikola）的報告，報告稱，尼古拉是一個“錯綜復雜的騙局”，米爾頓發表數十次關于氫燃料電池技術的虛假陳述并與大型汽車制造商建立了合作關系，其實這些氫燃料電池技術他們從未擁有過。尼古拉股票應聲大跌，9月21日，特雷佛-米爾頓（TrevorMilton）已自愿提出辭去公司執行董事長職位，即刻生效?，F任董事會成員史蒂芬-戈爾斯基（StephenGirsky）將接替他任董事長。
至此，人們才清晰的認識到，尼古拉公司雖然已成為美國市值第三的汽車公司，但事實上其一直鼓吹的“掌握核心技術”可能并未完成，且其至今出貨量還不及國內諸如宇通、中通等一眾以燃料電池客車為主攻點的公司。
那么，哪家汽車公司可能成為燃料電池汽車領域的“鯰魚”呢？
答案可能再一次回到了豐田，但這一次不是豐田Mirai，而是豐田基于Kenworth T680平臺改造的新型8級卡車以及以此為代表的豐田未來可能推出的燃料電池卡車（圖 4）。據悉，該款卡車已經在洛杉磯港開始服役，豐田物流服務公司(Toyota Logistics Services)和南方縣快遞公司(Southern Counties Express)都收到了一輛卡車，而根據合約的剩余卡車，也將在2021年陸續交付。
相對而言，豐田基于Kenworth T680平臺改造的新型8級卡車出現時間較晚，國內早在2019年就已經有多款同類型的燃料電池掛車在工信部公告中出現，這意味著僅就組裝時間來說，我國燃料電池貨車并未落后國外燃料電池客車過多。然而，以第二代Mirai的參數來看，豐田生產的燃料電池電堆無論在性能、耐久性方面，均可以滿足我國燃料電池補貼要求，而其整車低廉的售價，可能都低于同功率國內廠商燃料電池電堆系統的報價，若豐田入場，很可能是一條“鯊魚”而不是一條“鯰魚”。
豐田燃料電池電堆的成本優勢很可能讓國內廠商毫無招架之力。2020年12月3日，氫瑞科技在發布電堆新品的同時，拋出了1199元/kw的最低價。但就2020年全國燃料電池汽車銷量來看，其限定的“黑金合作伙伴”所需的10000臺起訂量幾乎就是遙遙無期，因此該價格可能過于激進。以該激進價格反算，燃料電池電堆系統最終的售價可能為3000元/kw左右，合計134kw（以Mirai二代電堆功率計算）的電堆售價可能高達40.2萬人民幣。而如上文所述，配備134kw電堆的豐田二代Mirai，其售價僅為710萬日元，合計43.6萬人民幣。若豐田直接入場，國內廠商將毫無招架之力。
事實上，豐田早已開始入場中國燃料電池市場，2019年，豐田頻頻在中國達成氫能領域合作，其本質大多是利用豐田在氫能源汽車方面的優勢技術，結合中國合作方的銷售能力，將產品導入中國市場。4月，清華大學成立“清華大學-豐田聯合研究院”，研究方向包括氫動力和未來出行等。系統供應商億華通，決定采購豐田的電堆 和零部件，配備到北汽福田生產及銷售的氫燃料電池大巴上。7月，豐田把同樣的合作模式，復制到一汽股份、蘇州金龍及上海重塑上。不滿足于銷售電堆和相關組件，豐田在今年9月又聯合中國一汽和廣汽集團，將與后兩者共同制造氫燃料乘用車。
幸運的是，清能股份總經理張弛指出：豐田電堆此前經驗均基于其乘用車產品，進入中國市場后，面對的是一個以商用車為主的應用端，尤其在大功率長距離場景方面，國產電堆已有做示范運營，豐田產品離上路還很遠，產品可靠性無法保證。
以目前情況來看，隨著國內燃料電池廠商技術的進步以及眾多廠商實際上已經開始與豐田展開合作，我國燃料電池與豐田之間的技術差距將逐漸減小。由此可見，豐田作為國際先進的代表，可能成為一條“吃沙丁魚的鯰魚”，加速我國燃料電池工業的集群化、優勢企業大發展。
“鯰魚”的其他形式
“鯰魚”除了顯而易見的以豐田為代表的國外頭部企業外，還有可能來自其他領域。
近日，科技部將“十四五”國家重點研發計劃“氫能技術”、“新能源汽車”等重點專項2021年度項目申報指南向社會征求意見和建議，征求意見時間為2021年2月1日至2021年2月21日。
在“氫能技術”專題中，涉及燃料電池的方向有以下幾個：
1. 跨溫區新型全氟質子膜研究
2. 低成本長壽命堿性膜燃料電池電堆研制
3. 電站用高效長壽命膜電極技術
4. 住宅用質子交換膜燃料電池綜合供能系統集成關鍵技術
5. 管式固體氧化物燃料電池發電單元及電堆關鍵技術
6. 高精度電堆組裝及成套批量制造裝備技術
而在“新能源汽車”專題里，涉及燃料電池的方向有：
7. 車用固體氧化物燃料電池關鍵技術開發
眾所周知，目前無論是以豐田為代表的國外廠商，還是國內的眾多燃料電池汽車產業參與者，其選擇的技術路線均為低溫質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）。其突出特點是使用了固化膜可以有效地隔絕氫氣與氧氣，同時，其使用溫度僅為60-80℃，與傳統燃油車的冷卻水溫度控制范圍一致。因此，一直以來，業界都認為PEMFC是FCV的未來。
但分析指南精神可知，科技部或許希望嘗試其他可能：
PEMFC存在的突出問題是需要使用貴金屬鉑作為催化劑，為了提高性能，常常需要較高的鉑用量；而基于鉑的特性，一氧化碳等工業氫中常見的雜質氣體可能使得鉑中毒?？蒲腥藛T與產業鏈也嘗試使用非鉑催化劑進行替代，但是酸性條件下，過渡金屬族系的材料耐久性問題仍然未被解決，導致至今仍沒有低成本、高性能、長耐久的燃料電池產品。
為了解決PEMFC的問題，人們首先嘗試提高PEMFC的使用溫度，由Bulter-Volmer（巴特勒-伏爾摩）方程可知，溫度升高，可以有效地提高反應速率。然而，以杜邦生產的Nafion膜為代表的質子交換膜不耐高溫，該特性雖然使得PEMFC在冷啟動、散熱方面有一定的優勢，但是最終使用效率仍不能與內燃機拉開差距。因此，改變質子交換膜的性能，以使得其溫度適用范圍變寬，既適應低溫冷啟動的要求，也滿足啟動后高性能的需求，將成為未來的重要方向，亦即高溫質子交換膜燃料電池（High Temperature- Proton Exchange Membrane Fuel Cell，HT-PEMFC）。因此，“跨溫區新型全氟質子膜研究”成為了“十四五”國家重點研發計劃“氫能技術”中燃料電池相關方向的領頭羊。
事實上，堿性燃料電池（alkaline fuel cell，AFC）的發展遠早于現在的PEMFC。AFC是第一個燃料電池技術的發展，最初由美國航空航天局的太空計劃，同時生產電力和水的航天器上。然而，AFC傳輸離子為氫氧根，其尺寸大于氫氣，因此，無法簡單的通過限制孔徑尺寸來隔絕氫滲透。長久以來，液體電解質也是AFC的一大痛點，因此，需要對堿性電解質進行固化，成為堿性膜燃料電池（Alkaline anion exchange membrane fuel cell，AAEMFC）。近年來，隨著武漢大學莊林課題組在堿性膜燃料電池關鍵材料-堿性膜方面取得突破，堿性膜燃料電池具備的低成本、高耐久、耐雜質氣體的突出優勢逐漸受到關注。因此，在“十四五”國家重點研發計劃“氫能技術”中，“低成本長壽命堿性膜燃料電池電堆研制”成為繼高溫燃料電池之后的一個重要方向。
另一個車用PEMFC的攪局者來自欽定的車用替代者：固體氧化物燃料電池（solid oxide fuel cell，SOFC）。SOFC的工作溫度通常在500至1,000°C之間。在這些溫度下，固體氧化物燃料電池不需要昂貴的鉑催化劑材料，并且不易受一氧化碳催化劑中毒的影響。傳統來說，SOFC由于使用溫度較高，對振動的耐受性較差，一直都未被當做車用燃料電池的主流方向。相反，其在家用熱電聯產與電站用儲能設備中一直大放異彩。現今，隨著科技的進步，SOFC的使用溫度正在逐漸降低，達到了車載可用的程度，因此，其高效率與低成本逐漸被重視，成為了“十四五”國家重點研發計劃中“新能源汽車”專題里的唯一燃料電池產品。
綜合來看，本次科技部“十四五”國家重點研發計劃中，傳統車用的PEMFC似乎在博弈中被踢出了前沿科技方向的范疇。而HT-PEMFC，AAEMFC與SOFC成為了本次“十四五”國家重點研發計劃的重點支持對象。他們是否能夠成為攪動車用燃料電池市場的“鯰魚”，讓我們拭目以待。
