從現有的技術與市場出發，，未來燃料電池成本的降低可以從三個方面入手：一是優化材料和創新制造工藝，二是利用規模化效應降低量產成本，三是建立標準化平臺化的體系。

燃料電池產業鏈：電堆是核心

燃料電池產業鏈

燃料電池上游主要是氫氣和氧氣，是燃料電池的動力來源。氧氣較容易獲得，主要通過直接吸取空氣作為氧氣的來源。

目前氫氣的來源主要分為三類，一類是燒堿、鋼鐵及石油制煉產生的副產物，一類是通過化石燃料改制及電解水產生氫氣，而第三類目前使用較少，主要通過碘硫反應及光觸媒等技術制備制取。

燃料電池儲氫方式主要包括高壓儲氫、液態儲氫以及儲氫材料儲氫，目前燃料電池汽車儲氫的主流技術是高壓儲氫，儲存的氣體氫通過氫泵進入電堆，同時氫泵也可以調節氫氣壓力實現與空氣壓力的協調以保障電化學反應的穩定。

中游產業主要包括燃料電池電堆、空壓機、水泵、氫泵、儲氫器、加濕器以及部分裝配件，最終根據不同需求裝堆組成燃料電池。

下游主要是市場運用，包括汽車、電子設備等。

燃料電池堆是產業鏈核心

電堆是燃料電池的電能來源，也是燃料電池中最為關鍵的部分，成本占比高達62%。國內外在電堆性能方面差異較大，以豐田為例電堆中的單電池數量可達300-400片，而輸出功率可達114KW，而國內水平通常在30-60KW。

燃料電池電堆產業鏈及主要供應商

電堆產業鏈分析

燃料電池電堆由端板、絕緣板、集流板以及多個單電池組成，其中催化劑和雙極板的成本占比較高，分別達到36%以及23%。

單電池主要由雙極板和膜電極組成，其中膜電極MEA由5層材料構成，分別是最外層的兩層氣體擴散層、兩層催化層以及一層質子交換膜。

單電池需要由堆棧的方式構成電池電堆，電堆的兩側需要端板、絕緣板以及集流板等結構裝配，起固定、絕緣以及收集電流的作用。

質子交換膜：電堆核心組件

質子交換膜是電堆的核心組件，以聚合物膜作為電解質，其性能直接影響燃料電池的性能。

質子交換膜主要作用：一方面為電解質提供氫離子通道，一方面作為隔膜隔離兩級反應氣體，此外還需要對催化劑層起到支撐作用。

燃料電池工作時，負極供給燃料氫氣在鉑催化劑的質子交換膜作用下分解成質子氫離子和電子，氫離子可以通過質子交換膜進入正極和氧氣反應生成水并釋放熱量，而電子則不能通過質子交換膜，只能通過外電路形成電流為負載供電。

質子交換膜類型主要包括全氟磺酸膜、非全氟化質子交換膜、無氟化質子交換膜、無氟化質子交換膜、復合膜以及高溫膜。

目前商業應用主要以全氟磺酸膜為主，但大多數種類膜在燃料電池高溫工況下化學性能不穩定，成本較高。

采用多種材質摻雜的復合膜可以大大改善機械性能，降低內阻從而提升輸出功率，目前國內外商業化均轉向復合膜領域。

目前市場上應用較多的質子交換膜產品主要來源于美國、日本以及加拿大等國家的企業，其中美國DuPont研制的全氟酸質子交換膜應用最為廣泛，主體材料是氟磺酸型離子交換樹脂。

催化層：低鉑用量是趨勢

催化層：鉑催化劑兼備較高的利用率和催化活性，同時催化性能穩定。

據哥本哈根研究團隊研究表明，一般每毫克傳統催化劑能夠產生1安培電流，而1毫克鉑金屬能生成8安培電流。

鉑金屬屬于稀有的金屬，且全球分布不均勻，主要分布在南非、俄羅斯、津巴布韋等地區，三個地區鉑產量約占全球產量的90%。

燃料電池中出貨量較高的PEM、PA、DM均使用鉑族金屬作為催化劑的主要材料。

鉑價格大約在250元/克，高昂的鉑成本是燃料電池汽車降本的關鍵，低鉑用量是趨勢。催化劑主要來源于日本、德國等的公司，如日本的田中貴金屬等公司。

擴散層：有望降低生產成本

氣體擴散層通常由基底層和微孔層組成，基底層通常使用多孔的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維非紡材料及碳黑紙，主要起到支撐微孔層的催化層的作用，微孔層主要是改善基底層孔隙結構的一層碳粉，目的是降低催化層和基底層之間的接觸電阻，使得流道氣體以及產生水均布分配。

氣體擴散層主要由導電的多孔材料組成，可以支撐催化層、收集電流，同時實現氣體和水在流場區域和催化劑之間的再分配。

擴散層現階段主要供應商是日本的東麗、德國SGL等公司，若國產化后，可降低開發生產成本，可降低燃料電池制造成本。

雙極板：材料有待優化

雙極板是將質子交換膜燃料電池串聯起來組裝成電堆的關鍵部件，雙極板兩側分別與陽極和陰極的膜電極接觸。

雙極板原材料主要包括：石墨、金屬材料、復合材料。

目前使用較多的是石墨，石墨擁有優異的化學穩定性和導電性，但石墨氣密性欠佳。

不銹鋼、鈦合金等金屬具有良好的導電性和散熱性，也可作為雙極板原材料，但由于金屬本身的耐腐蝕性能較弱，需要在金屬表面通過鍍膜的方式改變金屬表面特性以增加其耐腐蝕性，鍍層材料一般為鎳、鉻、鈦等涂層金屬以及這些金屬的碳化物或氮化物。

復合材料雙極板因其質量較輕，較易加工也是雙極板的常用材料。雙極板供應商國外主要是德國Dana公司提供金屬雙極板。

燃料電池電堆成本下降的路徑選擇

燃料電池成本下降是必然趨勢

根據美國能源部（DOE）的測算，以80kW質子交換膜燃料電池為例，在大規模生產條件假設下，燃料電池的生產成本從在2010年以前大幅下降，從2011年開始較為穩定地維持在50美元/kW以上的水平，同時美國目標在2020年將燃料電池成本降低到40美元/kW，并最終達到35美元/kW。

目前質子交換膜燃料電池實際成本在1,000-2,000美元/kW左右，根據LuxResearch估計，汽車廠商制造燃料電池堆的價格約在50,000到100,000美元之間，而2016年12月豐田推出的新一代Mirai(參數|圖片)燃料電池汽車整車價格已經低至5萬美元。

燃料電池電堆成本下降路徑

從現有的技術與市場出發，我們認為，未來燃料電池成本的降低可以從三個方面入手：一是優化材料和創新制造工藝，二是利用規模化效應降低量產成本，三是建立標準化平臺化的體系。

原材料價格昂貴或工藝不完善的部件，例如催化劑、質子交換膜、雙極板等可以通過優化制造材料改進制備工藝的方式降低成本，現有技術已經較完善的部件可通過建立標準化平臺化的產品體系并利用規模化生產的效應有效建立成本優勢。

優化膜電極制備工藝。

膜電極是燃料電池發生電化學反應產生電能的關鍵部件，膜電極技術從最初的熱壓法到CCM法一直到最新的有序化膜電極技術，其生產成本持續下降，3M推出的有序化膜電極已經把成本降到5美元/kW，預計未來可通過材料優化，開發低成本量產工藝，進一步降低制造成本。

降低Pt用量，開發低成本催化劑。

催化劑成本是制約膜電極成本的最大因素，現在最常用的催化劑是將納米Pt顆粒搭載在碳粉載體上使用。

鉑金屬因其儲量稀有，價格高昂，催化劑的材料成本很難通過量產規模化來降低，而只能通過技術革新來實現。

未來技術將著重于進一步降低Pt用量、增強耐久性以及開發非Pt催化劑，通過降低對貴金屬的依賴，大幅度降低成本。

創新成膜工藝，靜待規模量產。

質子交換膜主要功能是分隔氫氣與氧氣傳遞質子，是電化學反應的關鍵部分。

全氟磺酸膜具有高溫分解、合成成本高等缺點，仍然需要開發性能更好的復合膜。

目前國內雖然已有部分企業能生產全氟磺酸膜，但市場仍然被進口產品牢牢掌握，目前主流的供應商是最早開發應用全氟磺酸膜的美國杜邦公司。

杜邦膜價格按乘用車用量計算相當于120美元/kW，按上汽榮威950FuelCell搭載的30kW燃料電池計算，其質子交換膜成本在25000元人民幣以上。依靠國產化技術探索，開發新型制備工藝是目前降低質子交換膜成本的必由之路。

擴散層國產化加速打破國際壟斷。

氣體擴散層用于分布反應氣體，在電極和雙板之間傳導子熱量。

碳紙是目前應用最廣泛的擴散層材料，其制備技術研究比較完善，但其市場份額主要壟斷在德國SGL、日本東麗、加拿大巴拉德等幾家國際生產商手中，國內的生產開發起步較晚，目前僅有小批量的生產。

氣體擴散層是目前燃料電池堆各部件中技術條件最成熟，商業化利用潛力最好的產品，未來通過在國內建立批量化的生產設備，開發標準化平臺化的產品，降低開發生產成本，可以大幅降低燃料電池中擴散層的制造成本。

優化雙極板材料，降低加工成本。

雙極板用于分隔氫氣與氧氣并收集電流，通常使用的材料是無孔石墨板或碳板，加工費用高，石墨板材機械加工的費用占據了雙極板的絕大部分，限制了雙極板規模化生產。

發展趨勢是開發石墨-樹脂復合材料與金屬基材料，其中金屬基材料最被看好，但同時也面臨著材料腐蝕與毒化的問題。

我國是世界最大的石墨儲量國和出口國，開發潛力巨大，未來的研究可以嘗試優化石墨的加工方式，充分利用資源優勢，有利于未來產品的產業化。