鋰電池風生水起，氫燃料電池命脈要如何掌握？

2021-07-29 15:20

錦緞

關注

本文系基于公開資料撰寫,僅作為信息交流之用,不構成任何投資建議。

在電動化浪潮之下,鋰電池已成為炙手可熱的黃金賽道。熱點之外,如今又有一股新的技術力量逐漸壯大,它并不是要顛覆誰,而是作為鋰電池的補充,成為能源變革的新推手。

今年以來,鋰電池板塊的高景氣度再次超出了大家的認知,寧德時代(SZ:300750)的市值站上1．3萬億高點,眾多二線鋰電企業和材料企業的股價更是爭先恐后地創下歷史新高。相比之下,同樣是新能源路線,氫燃料電池板塊卻顯得格外冷清。

直到最近的一條消息讓氫燃料電池重回大家視線,日本本田汽車宣布,自今年8月開始,將終止以氫氣為燃料的氫燃料電池汽車的生產。就在半年前,日產宣布暫停與戴姆勒及福特合作開發燃料電池車的計劃。

要知道,日本是布局燃料電池最早的國家之一,其兩大車企先后放棄了氫燃料電池這條路線,本身就備受質疑的燃料電池車這回要徹底涼了嗎?

面對新的技術,有人退出、有人進場,是再正常不過的事情。本田的氫燃料電池汽車累計銷量僅1900臺,本田關閉了氫燃料電池汽車工廠,主要還是迫于業績壓力。實際上本田的燃料電池業務并沒有停止,其與通用汽車合作開發的氫燃料電池車仍在進行中。日本豐田也已在去年研發出第二代氫燃料電池汽車。

視線回到國內,作為新能源汽車推廣最成功的國家之一,我國正在發力氫燃料電池領域。中國已累計推廣氫燃料電池商用車超7000輛,悄然間已經是世界上運行氫燃料電池商用車最多的國家了。在半年后的2022年北京冬奧會上,張家口核心賽區的冬奧保障車輛將全部采用氫燃料電池客車,涉及大巴車、中巴車和小轎車等多個車型,總量將達到2000輛。

不過也得承認,氫燃料電池汽車跟電動汽車比起來,兩者的規模和技術水平都還不能相提并論。根據公安部的汽車保有量數據,截至2021年6月,全國純電動汽車保有量達493萬輛,而氫燃料電池車全部加起來還不足1萬輛,氫燃料電池汽車相當于電動汽車10年前的階段。

一句話總結,國內的電動汽車已經實現商業化,并且在大步向前發展,而氫燃料電池汽車產業還處在商業化前期。那么我們國家為什么要大費周章的推廣氫燃料電池,氫燃料電池未來的出路在哪里?

氫燃料電池的戰略意義

【1】何謂氫燃料電池?

所謂氫燃料電池就是氫氣與氧氣通過電化學反應產生電能的能量轉化裝置。其放電的機理是氫氣從陽極進入,在催化劑的作用下釋放電子形成帶正電荷的氫離子,接著氫離子從陽極穿過電解質膜跑到負極與氧氣結合生產水,而電子則源源不斷的流入電路形成電流。

圖1:燃料電池工作原理,資料來源:招商證券

整個過程只會生產水和熱(該電化學反應屬于放熱反應),是真正意義上的零排放、零污染。這看起來是一個極其完美的方案,但是社會上對氫燃料電池的質疑聲卻不絕于耳。

在文章開篇,筆者有必要就大眾對氫燃料電池車不安全的誤解做些補充說明:

大家印象中的氫氣屬于國家管制危險化學品,易燃易爆,極其危險。實際上氫氣的著火點為500°C,遠高于汽油的300°C,另外氫氣是密度最低的物質,即使泄漏,在空氣中也很容易向上擴散并迅速稀釋,所以氫氣并非大家想象的那樣易燃易爆。

其次,氫燃料電池的放電只是一個電化學過程,電池的內部根本就不會發生氫氣和氧氣燃燒,當然也就不會有火苗,這一點跟鋰電池是類似的。所以駕駛氫燃料電池車并不是人坐車里,車上燒著氫氣爐子。

最后,講講儲氫瓶,這相當于傳統燃油車的油箱,其安全性更是有保障。這瓶子不僅耐得住火燒、槍擊,碰到車輛著火,只要儲氫瓶的溫度超過設計值,儲氫瓶的閥門會自動開啟,迅速排出氫氣。

早在2008年的北京奧運會期間,福田與清華大學共同研制的氫燃料電池客車就開始示范運行,到了2016年,國內首條氫能源公交線路在佛山市投入使用,至今未有一例氫燃料電池車的安全事故。

【2】能源命脈要掌握在自己手中

燃料電池是氫能的重要應用領域之一,而氫能不單單是清潔能源,更是具有國家戰略意義的能源。眾所周知,我國是典型的“富煤、缺油、少氣”的國家,國內使用的石油嚴重依賴進口,并且石油的進口量和對外依存度度在逐年提升。

所以說國家推廣氫能和光伏、風電等可再生能源的初衷是一樣的,就是減少對石油的依賴,保障我國的能源安全,避免未來被卡脖子。

你看“缺油缺煤”的日本早在2013年就發布《日本再復興戰略》,將氫能源的發展納入了國家發展戰略,我國也在2016年發布的《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030年)》中將氫能源的發展列入了國家能源戰略的部署中。

圖2:我國的石油進口量和對外依存度逐年提升,資料來源:BP,華創證券

【3】氫電互補

從碳排放角度,為了達成我國2060年碳中和的宏偉目標,我們也同樣需要發展燃料電池。

相信有人會對這個結論有疑問,汽車用上鋰電池照樣可以實現零排放,并且電動車已經基本實現平價化了,整個鋰電池產業鏈已經形成規模;相反,同時起跑的燃料電池仍處在商業化早期,跟國外的差距還比較大,還有什么必要再發展氫燃料電池?

毋庸置疑,國內汽車的電動化成效顯著,銷量屢創新高,但是電動車的增長主要來自乘用車,商用車幾乎沒有增長,尤其是中長途的重卡領域,電動化進展緩慢,甚至受阻。過去幾年,新能源商用車在新能源內部滲透率不升反降,到了2020年新能源商用車的占比僅有9%。

圖3:新能源商用車占新能源車內部比重較低,資料來源:中汽協,長江證券研究所

究其原因,鋰電池能量密度低,充電時間長等短板難以解決。講到這里有人會想到固態電池,在《固態電池軍備競賽悄然開局》一文中我們總結固態電池是鋰電池的“升級版”,主要還是是為了解決安全問題,并不能解決電池重量過大的問題。

假如真要讓長途重卡換上鋰電池,這相當于是帶著電池在跑(40噸的電動重卡,想要實現500公里續航需要近10噸的電池),中途還要停上幾個小時充電,經濟性可想而知。

再就是低溫性能,像磷酸鐵鋰電池,固然有成本低、安全性高的優勢,但是一到冬天就慫了。尤其是長城以北地區,冬天車內開暖氣,續航要大打折扣,所以我們看到北方地區電動公交的普及率遠低于南方地區。而氫燃料電池車的優勢在于,燃料加注時間和續航里程基本上跟燃油車相同,續航里程可輕松達500公里以上,冬天也有余熱供車內取暖。

最具代表性的是豐田新一代Mirai氫燃料電池汽車,其續航里程達到850km、加氫時間僅需5分鐘、零下30°C低溫啟動。

更重要的一點,商用車保有量僅占我國汽車保有量的12%左右,卻是交通領域碳排放的“罪魁禍首”。根據中國移動源環境管理年報(2020)數據,商用車溫室氣體排放量占到了交通領域的77．3%。