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报告类型/ 策略专题报告
燃料电池专题系列 1：“氢”动天下
报告摘要：
[Table_Summary]
燃料电池是一项绿色、高效、适用性广的发电技术。燃料电池与传统
发电方式相比，不受卡诺循环限制，因此能量转换效率高，而且具备
零排放、无污染、噪声低等优点，在交通工具领域被视为新能源汽车
的终极绿色解决方案。目前主流产品有质子交换膜燃料电池
（PEMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池
（SOFC）三类，可以广泛应用于交通运输、军事、航空等领域。
PEMFC 成本下行无阻力，且 2015 年将是燃料电池汽车发展的元年。
质子交换膜燃料电池低温、冷启动好，是当前燃料电池汽车的主流选
择，PEMFC 成本瓶颈在催化剂 pt、PEM 和双极板等核心组件，当前
pt 的用量已接近 30 克左右，且呈加速下行趋势，未来几年有望下降
至普通内燃机的水平。PEM 随着国内企业的崛起，成本也有望大幅下
行。当前各国政府对燃料电池汽车的支持较为给力，并且 2015 年将是
燃料电池汽车发展的元年，丰田等车企开始逐步量产燃料电池汽车，
产业趋势越发明了。
SOFC 和 MCFC 在固定式发电领域有非常好的应用前景。SOFC 和
MCFC 高温、启动慢不适用于汽车等移动领域，但其成本低、功率大、
技术成熟在固定式发电领域有很好的推广前景。目前国外在分布式发
电、热电联产等领域已经形成了一定的产业基础。现阶段 MCFC 技术
成熟，商业化程度高，但 SOFC 寿命、效率等方面的优势决定了它更
具前景。SOFC 和 MCFC 国内企业涉足较少，厂商主要是 Ceramic Fuel
Cells Limited（CFCL）公司、FuelCell Energy（FCE）公司等海外企业。
相关投资标的：国内燃料电池企业均未上市，集团或股份公司参股燃
料电池企业的有：上汽集团、新大洲 A、同济科技、长城电工和南都
电源参股国内龙头新源动力，江苏阳光（集团控股上海神力）。上游
组件和原材料企业：华昌化工（储氢材料硼氢化钠），贵研铂业（催
化剂 Pt），富瑞特装（储氢罐），东岳集团（PEM，港股），雪人股份
（压缩机），三爱富（PEM 原材料）；
潜在催化剂：丰田“Mirai”销量超预期；Ballard 持续上涨；国家对氢
能的扶持政策；
风险提示：油价下行压制市场对新能源的热情；燃料电池车销量不佳；
[Table_Invest]
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[Table_Author] 证券分析师：杜长春
执业证书编号：S0550511110001
(021)20361230
研究助理：笪佳敏
电话:(021)20361230
发布时间：2015-02-13 证券研究报告
策略专题
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目 录
1. 燃料电池绿色高效，适用性广 ............................................................. 5
1.1. 燃料电池原理简介...................................................................................................5
1.2. 燃料电池的主要发展历程.......................................................................................6
1.3. 燃料电池的分类比较...............................................................................................7
1.4. 燃料电池绿色高效，适用范围广...........................................................................9
2. PEMFC:新能源汽车的终极选择 ........................................................ 10
2.1. PEMFC 成本瓶颈在催化剂和交换膜 ..................................................................10
2.2. PEMFC 是新能源汽车的终极解决方案 ..............................................................13
2.3. PEMFC 在其他领域的应用前景 ..........................................................................16
2.4. PEMFC 国内外厂商比较 ......................................................................................19
3. MCFC、SOFC-固定发电领域的明日之星 ......................................... 25
3.1. 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） .........................................................................25
3.2. 固体氧化物燃料电池（SOFC）...........................................................................26
3.3. PEMFC、MCFC 与 SOFC 的对比 .......................................................................27
3.4. MCFC 与 SOFC-固定发电领域最具前景的绿色发电技术 ................................28
3.5. MCFC 与 SOFC 的主要生产企业 ........................................................................30
4. 相关投资标的 ...................................................................................... 33
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图表目录
图 1：燃料电池工作原理示意图 ......................................................................................................... 5
图 2：燃料电池工作结构图 ................................................................................................................ 6
图 3：燃料电池的发展历程 ................................................................................................................ 7
图 4：燃料电池分类 ........................................................................................................................... 8
图 5：燃料电池比较 ........................................................................................................................... 8
图 6：燃料电池的应用领域 ................................................................................................................ 9
图 7：发电装臵能量转化效率比较 .................................................................................................... 10
图 8：燃料电池与常规火力发电排放比较（g/ mw.h）...................................................................... 10
图 9：质子交换膜燃料电池成本构成 .................................................................................................11
图 10：PEMFC 工作原理 ..................................................................................................................11
图 11：Nafion 膜片实物图：型号 115 ............................................................................................... 12
图 12：双极板原理图 ....................................................................................................................... 13
图 13：双极板实物图 ....................................................................................................................... 13
图 14：质子交换膜燃料电池汽车原理图 ........................................................................................... 14
图 15：燃料电池汽车是新能源汽车的终极选择................................................................................. 14
图 16：日本不遗余力的推动燃料电池产业........................................................................................ 15
图 17：丰田 Mirai 示意图 ................................................................................................................ 16
图 18：丰田 Mirai 所用燃料电池参数 ............................................................................................... 16
图 19：部分车企的燃料电池量产计划............................................................................................... 16
图 20 ：日本 ENE-FARM 原理图..................................................................................................... 17
图 21： 日本 ENE-FARM 市场预测 ................................................................................................. 17
图 22： MTI 公司燃料电池数码相机示意图 ................................................................................... 17
图 23： Intelligent Energy 燃料电池移动电源示 ............................................................................... 17
图 24：中国移动的燃料电池备用电源............................................................................................... 18
图 25：普拉格 gendrive 产品 ............................................................................................................ 19
图 26：普拉格总营业收入（万美元）............................................................................................... 20
图 27：普拉格营业利润（万美元） .................................................................................................. 20
图 28：巴拉德的主要燃料电池产品 .................................................................................................. 20
图 29：巴拉德总营业收入（万美元）............................................................................................... 21
图 30：巴拉德营业利润（万美元） .................................................................................................. 21
图 31：Hydrogenics 公司总营业收入（万美元） .............................................................................. 21
图 32：Hydrogenics 公司净利润（万美元） ..................................................................................... 21
图 33：Hydropak 便携式燃料电池实物图 ......................................................................................... 22
图 34：MiniPAK 微型便携式燃料电池实物图 ................................................................................... 22
图 35：松下 ENE-FARM 新产品改进 ............................................................................................... 22
图 36：新源动力股东结构图............................................................................................................. 23
图 37：新源动力主要产品 ................................................................................................................ 23
图 38：上海神力燃料电池技术研发产品 ........................................................................................... 24
图 39：上海神力股权结构图............................................................................................................. 24
图 40：MCFC 结构示意图 ............................................................................................................... 25
图 41： MCFC 原理图..................................................................................................................... 25
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图 42：SOFC 原理图........................................................................................................................ 26
图 43：SOFC 发电系统示意图.......................................................................................................... 26
图 44：正极催化剂锰酸镧示例图...................................................................................................... 27
图 45：负极催化剂镍示例图............................................................................................................. 27
图 46：PEMFC 与 MCFC、SOFC 对比 ........................................................................................... 28
图 47： FCE 公司 1.5MW 的 MCFC 示范电站 ............................................................................... 29
图 48：美国加州图莱里废水处理厂 MCFC 电站 ............................................................................... 29
图 49：日本 ENE-FARM 原理图 ...................................................................................................... 30
图 50：日本 ENE-FARM 市场预测 ................................................................................................... 30
图 51：FuelCell 总营业收入（万美元）............................................................................................ 31
图 52：FuelCell 营业利润（万美元） ............................................................................................... 31
图 53：Geramic 公司燃料电池系统出货量（台） ............................................................................. 31
图 54：Geramic 公司销售收入（百万澳元） .................................................................................... 31
图 55：ebay 数据中心燃料电池发电站 .............................................................................................. 32
图 56：2012 年联合技术动力公司安装项目 ....................................................................................... 32
图 57：参股国内燃料电池的企业...................................................................................................... 33
图 58：原材料和核心组件企业 ......................................................................................................... 33
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1. 燃料电池绿色高效，适用性广
燃料电池是一项高效的绿色发电技术。燃料电池是一种电化学反应装臵，直接
将化学能转化为电能。燃料电池同样有正负极和电解质，只需要将负极注入燃料（一
般为氢气），正极输送空气或氧气，便可产生稳定的电流。与传统发电方式相比，
燃料电池不受卡诺循环限制，因此能量转换效率高，而且具备零排放、无污染、噪
声低、安装灵活等优点。燃料电池的主要应用领域包括交通运输、固定发电站，其
中在交通运输领域燃料电池汽车被视为新能源汽车的终极绿色解决方案。
1.1. 燃料电池原理简介
燃料电池与普通电池的最大的区别在于没有电池容量的问题：普通电池是将活
性物质贮存在电池内正负极，电池容量决定于活性物质可释放的化学能，因此容量
有限；而燃料电池本身不包含活性物质，电极只是催化元件，通过不断的在正极输
入空气或氧气，负极输入燃料就可以产生源源不断的稳定电流。该化学反应原理可
以看做电解水的逆过程，反应方程如下：
2 2 2
12 H
2O H O H ea t E e
催 化
通过上述反应，氢和氧被消耗，相应的化学能转化为电能。同时，反应生成热
能和水，生成的水通过电极流场随反应的尾气排出。理论上，燃料电池的电能转化
理论效率可达 83%，目前的实际水平约为 50%~60%，仍是能量转化率最高的电池。
图 1：燃料电池工作原理示意图
数据来源：公开资料，东北证券
燃料电池中电极、电解质和双极板是核心组件。燃料电池的电极，是燃料发生
氧化反应与氧化剂发生还原反应的电化学反应场所，目前高温燃料电池的电极主要
采用催化剂材料制成，低温燃料电池主要采用由气体扩散层支撑一薄层催化剂材料
制成。电解质隔膜的主要功能在分隔氧化剂与还原剂，并传导离子，目前主要朝两
个发展方向，其一是以铝酸锂膜等绝缘材料制成多孔隔膜，另一则是采用全氟磺酸
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树脂。双极板，具有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等之功用，集
电器的性能主要取决于其材料特性、流场设计及其加工技术。
堆叠结构是目前的主流结构。电池堆中一个单体电池在全额负载下可产生 0.6 V
至 0.7 V 的电压，为了使电池能够达到足够的电压和功率，采取的方法是将多个单
体电池以串联和并联的方式连接。这种设计被称为“燃料电池堆叠”。在堆叠结构
中，燃料气体和氧气均匀分布于所有电池，以获得最大的功率输出。
图 2：燃料电池工作结构图
数据来源：ThreeBond，东北证券
1.2. 燃料电池的主要发展历程
燃料电池发展历程是一个技术进步、成本降低和寿命延长，并逐步走向商业化
的过程。
1839 年，Willian Grove 格罗夫发明了第一个燃料电池,该燃料电池用金属铂片做
电极，稀硫酸做电解质,然后用氢气和氧气发生化学反应产生电流，不过产生电流比
较小。
1900 年，W.Nernst 用氧化钇稳定氧化锆作为电解质, 制作了一个固体氧化物燃
料电池(SOFC)。
1902 年 J.H.Reid 和 P.G.L.Noel 首先开始研究碱质型燃料电池(AFC),采用碱性
KOH 溶液作为电解质。
1952 年，Bacon 采用双层孔径烧结镍电极, KOH 水溶液作为电解质, 然后用氢
气和氧气发生化学反应，研制出具有实用性的培根电池并获得专利。后来,培根电池
技术被用于阿波罗登月飞船电源。
20 世纪 60 年代初，美国 GE公司首先开发成功质子交换膜燃料电池(PEMFC)，
采用聚苯乙烯磺酸膜。但由于聚苯乙烯磺酸膜会降解，缩短了电池的寿命；
20 世纪 80 年代，美国成功研制全氟磺酸离子交换膜及膜电极工艺,使燃料电池
的性能得到突破性进展。由于膜电极结构的重大改进和新型高性能长寿命全氟质子
交换膜的研制成功,同时膜电极上铂载量的减少,导致燃料电池的生产成本降低，使
燃料电池未来大规模在便携式电源，汽车，发电站领域应用提供了可能。
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图 3：燃料电池的发展历程
数据来源：东北证券
1.3. 燃料电池的分类比较
按照燃料电池的电解质进行分类，可将其分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃
料电池（PAFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
和固体氧化物燃料电池（SOFC）这五类。其中，碱性燃料电池造价过高，磷酸型
燃料电池的能量综合利用率不足，熔融碳酸盐燃料电池寿命较短，目前处于商业化
阶段的为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体
氧化物燃料电池（SOFC），前者主要应用于汽车动力电池，后两者主要应用于固定
式发电和热电联产。
按其工作温度的不同又可分为低温和高温两种。把碱性燃料电池（工作温度为
100℃）、质子交换膜燃料电池（100℃以内）和磷酸型燃料电池（工作温度为 200℃）
称为低温燃料电池；把熔融碳酸盐型燃料电池（工作温度为 650℃）和固体氧化型
燃料电池（工作温度为 1000℃）称为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面
向高质量排气而进行联合开发的燃料电池。
按照技术开发与应用的时间进行分类：碱性燃料电池开发时间最早，为第一代
燃料电池；磷酸型燃料电池称为第二代燃料电池；熔融碳酸盐燃料电池称为第三代
燃料电池；把固体氧化物燃料电池称为第四代燃料电池，质子交换膜燃料电池被称
为第五代燃料电池。也有一种分类未考虑碱性燃料电池，将磷酸型燃料电池列为第
一代，熔融碳酸盐燃料电池为第二代，以此类推，这主要是由于碱性燃料电池造价
极其昂贵，最早是被美国航天局使用在航天飞机上，并无民用，因此在分类上没有
考虑。
1839年Willian Grove发明氢氧气体电
池。采用铂片电极，稀硫酸作为电
解液。
1896年,W.W.Jacques直接用煤作
燃料的燃料电池(DCFD)，无法
解决炭对电解质的污染，最终
失败。
1900年，W.Nernst用氧化钇稳
定氧化锆作为电解质, 制作了
一个固体氧化物燃料电池
(SOFC)。
1910年,Baur的学生I.Taitelbaum在熔
融NaOH(380℃ )作为电解质的燃料
电池中加入多孔的MgO隔膜。
1902年J.H.Reid和P.G.L.Noel首
先开始研究碱质型燃料电池
(AFC),采用碱性KOH溶液作为
电解质。
20世纪早期,德国E.Baur研究小
组开发了熔融碳酸盐型燃料电
池(MCFC) 。
1950年左右，J.A.A.Letelaar和
G.H.J.Broers用金属粉末薄层作电极,
银作阴极，镍作阳极(燃料),低共溶
体盐电解质的多孔烧结MgO 电解质
基板。
1952年,FTBacon研制出具有实
用性的培根电 池并获得专利。
采用双层孔径烧结镍电极,27%
～37%的KOH水溶液电解质。
20世纪60年代初，美国GE公司
首先开发成功质子交换膜燃料
电池(PEMFC)，采用聚苯乙烯
磺酸膜。
21世纪初，燃料电池开始在发
电及供热站、便携式电源和汽
车等3个领域得到了初步应用。
20世纪80年代，美国研制成功
全氟磺酸离子交换膜(Nafion膜
和Dow膜)及膜电极工艺，,性
能得到突破化进展。
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图 4：燃料电池分类
数据来源：东北证券
低温、启动速度快，PEMFC 在动力电池优势明显；高温、高效、低成本的 SOFC
与 MCFC 适合固定发电站。在工作温度上，PEMFC 为低温电池，工作温度一般为
80-100℃，SOFC 与 MCFC 为高温电池，工作温度分别为 700-1,000℃和 600-700℃；
在应用领域上，PEMFC 由于低温工作且启动速度快非常适合做动力电池，以 PEMFC
为动力的量产汽车丰田 Mirai 已经上市，此外在军事领域作为潜艇、驱逐舰等动力
电池已有深入研究和应用实践。SOFC 与 MCFC 高温工作且启动速度相对较慢在动
力电池上不具备优势，但由于成本相对较低，并可以有效利用废热能量，发电效率
高达 50-70%，在固定式发电应用领域优势明显，非常适合集中式发电站和分散式发
电站。在催化剂和燃料上，PEMFC 一般采取贵金属铂做催化剂，成本较高，燃料
为纯氢，CO 的存在会出现催化剂中毒，减低电池寿命；SOFC 和 MCFC 的催化剂
为锰酸镧、镍等，成本较低，CO 一般产生于电池本身对天然气的重整，且可直接
成为电池燃料。
图 5：燃料电池比较
数据来源：互联网，东北证券
碱性燃料电池（AFC） 第一代
低温电池
磷酸型燃料电池（PAFC） 第二代
燃料电池种类 固体氧化物燃料电池（SOFC） 第三代
高温电池
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 第四代
质子交换膜燃料电池（PEMFC） 第五代
材料 交换膜 比如稳定氧化锆 碳酸锂等碳酸盐 磷酸盐
移动离子 H+ O2- CO32-
H+
使用模式 膜 薄膜、薄板在基质中浸渍、或粘
贴在基质中浸渍
催化剂 铂 锰酸镧、镍 镍合金、氧化镍 铂
阳极 H2→2H++2e- H2+O2-→H2O+2e
-H2+CO3
2-→
H2O+CO2+2e-
H2→2H++2e-
阴极 O2+2H++2e-→H2O O2+2e
-→O2- O2+CO2+2e-→CO3
2- O2+2H++2e-→H2O
80-100 700-1,000 600-700 190-200
氢 氢、一氧化碳 氢、一氧化碳 氢
40-50% 50-70% 50-65% 40-45%
数W-数十kW 数kW-数十MW 250kW-数MW 100-数百kW
家庭用电、汽车 家庭用电、发电站 大型发电站 大型发电站
家庭用实用化、汽车
2015年预计实用化
家庭用实用化、大型
定制在开发中示范性电站
废水处理厂、医院、
应急电源
运行温度（℃）
燃料
发电效率（%）
设想发电能力
设想用途
开发状况
电解质
化学反应
PEMFC PAFCMCFCSOFC分类
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1.4. 燃料电池绿色高效，适用范围广
燃料电池当前主要应用领域是交通运输动力电池、固定发电站（一般做后备和
调峰电源、热电联产）。由于第一代燃料电池 AFC 成本过于高昂，第二代燃料电池
PAFC 在能量利用率等性能上不如后来的几种技术，目前最接近商业化的是第三代
燃料电池SOFC，第四代燃料电池MCFC以及第五代燃料电池PEMFC。其中，PEMFC
的主要应用领域是新能源汽车，目前世界上第一款量产的燃料电池汽车丰田 Mirai
已经于 2014 年 12 月 15 在日本上市。高温电池 SOFC 与 MCFC，主要应用领域为
固定式发电站，包括主要电源、备用电源和热电联产，例如谷歌、facebook、亚马
逊等公司的数据中心由于高耗能、需要稳定可靠的清洁能源，采用的就是该种燃料
电池作为主要电源。不过，由于 MCFC 在性能和寿命上不如 SOFC，已经逐渐被取
代。其他应用领域还有：便携式设备电源、航空航海、家用备用电源、电站调峰等。
图 6：燃料电池的应用领域
数据来源：新材料在线，东北证券
整体而言，燃料电池在交通运输、固定式发电站中的应用上，与传统发电方式
相比有以下优势：
零排放，无污染。氢氧燃料电池是燃料电池的主流，其唯一的排放物是没有任
何污染的水。以甲醇、天然气和沼气为燃料的电池会额外产生少量的二氧化碳，约
占汽油排放量的 1/6，且不存在任何危害性气体。严重雾霾已经成为我国棘手问题，
污染源中，居民化石燃料燃烧和电厂排放约占10%，机动车排放与道路扬尘约占50%。
在发电站应用中，燃料电池的排放远低于传统火力发电，发展以氢氧燃料电池为动
力的新能源汽车已得到国家高度重视。
能量转化效率高。在固定式发电站应用上，燃料电池直接将燃料的化学能转化
为电能，没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，
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火力发电和核电的效率大约在 30%～40%，而燃料电池的电能转换效率一般为
45%～70%，如果再将电池排放的废热加以回收利用，则燃料能量的利用率可超过
85%。用于车辆的燃料电池的能量转换率约为传统内燃机的 3 倍以上，内燃引擎的
热效率约在 10%~20%之间。
图 7：发电装臵能量转化效率比较
数据来源：东北证券
图 8：燃料电池与常规火力发电排放比较（g/ mw.h）
数据来源：中国产业信息网，东北证券
功率自由选择、安装灵活。燃料电池的结构选择是采用多个单体电池堆叠的结
构，电池堆的功率由单体电池数量决定，单体电池数量的自由选择决定了电池堆功
率设定的自由，给予更多选择性。此外，当燃料电池被用作固定发电站时，还具备
占地面积小，建设周期短和安装方便等优点。
2. PEMFC:新能源汽车的终极选择
质子交换膜燃料电池，是一种低温燃料电池，其单电池由阳极、阴极和质子交
换膜组成，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。
PEMFC 是继 MCFC、SOFC 之后正在迅速发展起来的温度最低、比能最高、启动最
快、寿命最长、应用最广的第五代燃料电池。
2.1. PEMFC 成本瓶颈在催化剂和交换膜
PEMFC 的主要组成部分包括：电催化剂、质子交换膜、电极、双极板，其中
双极板和电催化剂在燃料电池系统中的成本占比分别为 23%和 36%，膜电极的成本
占比为 16%，技术壁垒最高的组件质子交换膜的成本占比为 12%。
污染成分 天然气火力发电 重油火力发电 煤火力发电 燃料电池
SO2 2.5-230 4550 8200 0-0.12
NOx 1800 3200 3200 63-107
烃类 20-1270 135-5000 30-104 14-102
尘末 0-90 45-320 365-680 0-0.14
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图 9：质子交换膜燃料电池成本构成
数据来源：美国能源部，东北证券
PEMFC 的工作原理：氢气由阳极进入燃料电极，在铂的催化剂作用下，变成
两个 H+和两个电子，电子则通过外循环电路，回到电池的阴极，氢离子通过质子
导电膜电解质到达阴极。同时 O2 在燃料电池的阴极在催化剂的作用下形成两个 O
原子，每一个 O 原子都有一个强的负电荷，这负电荷通过膜吸引两分子的 H+，在
这里两个 H+，一个 O 原子和两个电子形成一分子的水，因此只要向燃料电池不断
供给燃料和氧化剂，它就会产生源源不断的直流电。
图 10：PEMFC 工作原理
数据来源：互联网，东北证券
铂是当前主流的电催化剂。PEMFC 的电极催化剂包括阳极催化剂和阴极催化
剂，能够对氧气和氢气起到反应催化作用。它对催化剂的要求是：1，具有高导电
性；2，具有一定的化学稳定性，确保表面不会因电化学反应而过早失活；3，具有
较好的催化性能，包括实现目标反应及抑制副反应的活性。当前 Pt 是最理想的选择，
由 Pt 实现电极反应的速度控制。
铂催化剂用量有望大幅降低。2008 年，制造一辆燃料电池车需要近 200 左右克
铂金，以 300 元/克的历史均价估算，成本约为 6 万，基本上相当于传统内燃机动力
系统的成本的两倍。不过随着技术的进步，铂的使用量逐年减少，2014 年 12 月上
市的丰田燃料电池汽车 Mirai 中使用铂的量仅为 2008 年车型的二十分之一，且据丰
田系统设计总经理介绍，铂的使用量将在 Mirai 基础上再缩减 75%。除此之外，美
双极
板, 23%
催化剂
（铂）, 36%质子交
换
膜, 12%
膜电
极, 16%
其
他, 13%
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国通用汽车大力推行“车行道计划”，旨在大幅提高铂金催化剂的使用效率，据计
划，公司要在 2015 年使每辆车的平均铂金使用量降至 26 克，力争在此后几年中，
进一步降至 10 克以下。除了减少铂的使用量方法，新型低成本催化剂的研究已有
突破性进展，例如帝人于 2014 年 11 月 11 日宣布了其开发的碳合金催化剂实验效果
性能优秀。因此未来铂将不再是电池成本高昂的原因。
质子交换膜是高壁垒的核心部件。质子交换膜不同于一般电池中的隔膜，而是
一种特殊的选择性透过性膜，可以起到传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用，技
术要求非常高，必须达到质子导电率高，水分子电渗透作用小，干湿转换性能好等
要求。之前核心技术掌握在美国杜邦、日本旭化成等外企手里，当前市场主流的还
是美国 DuPont 公司生产的 Nafion 膜片，该种膜片具有质子电导率高和化学稳定性
好的优点。
图 11：Nafion 膜片实物图：型号 115
数据来源：氢科技城，东北证券
质子交换膜价格未来有望大幅下降。当前国内质子交换膜价格高，价格高居不
下的原因一方面是技术垄断，另一方面也是工艺成本高所致。在工艺成本方面，据
公开信息显示，加拿大的巴拉德公司在质子交换膜的研究实现了突破，其第三代质
子交换膜 BAM3G，是部分氟化的磺酸型质子交换膜，演示寿命已经超过 4500h，
其价格已经降到 50 美元每立方米，这相当于 10 美元每千瓦（单位电池电压为 0.65V）。
国内有望在质子交换膜领域打破外企垄断。近几年国内企业在质子交换膜领域
获得了突破性进展，东岳集团 2010 年将自主研发的离子膜开始推向市场，2013 年
11 月东岳与奔驰、福特签订正式合作协议，一起联合开发燃料电池膜，表明公司技
术已经得到世界顶级厂商的认可。另外国内中科同力也已经自主研发出燃料电池所
需的质子膜，不过还有待市场考验。外企垄断的局面被打破，质子交换膜的价格有
望进一步下行。
核心组件双极板对材料有很高的要求。双极板又称流场板，其主要功能是使一
个电池阴极的表面同下一个阳极串联起来，同时还向阴极供氧和向阴极提供燃料
（一般为氢气）。除此之外，它还必须臵有冷却流体通过电堆的通道并保证冷流体
和反应气体分离，具有良好的气密性。作为双极板的材料要求较高，必须具备如下
条件：
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（1）电导率必须大于 10S/cm；
（2）对于内臵冷却的流体通道的双极板，导热率必须超过 20w/（m/k）；对于
只通过板边缘散热的电堆，极板的导热率必须超过 100 w/（m/k）；
（3）气体渗透率必须低于 10-7mbar×L/(s×cm2)；
（4）必须在接触酸性电解质、氧气、氢气、热和湿润的条件下都具有抗腐蚀
的能力；
金属双极板方案为双极板价格大幅下降提供了可能。双极板材料主要有无孔石
墨和金属，其中无孔石墨板是目前主流材料，不过其制造工艺对机械的精度要求非
常高，组装也比较困难，因此价格高昂。Ballard 公司开发的 MK55KW 的质子交换
膜燃料电池中，仅双极板的费用约占60%。金属双极板未来可采用不锈钢为原材料，
原因是易于批量生产，而且厚度可大大降低(如可薄至 0.1~0.3mm)，同时能大幅度
提高电池组的比能量和比功率，经过表面改性处理后可以防止一定腐蚀，而且能够
接触电阻保持恒定，不过由于耐腐性不如无孔石墨板尚不成为主流。
图 12：双极板原理图 图 13：双极板实物图
数据来源：互联网，东北证券 数据来源：互联网，东北证券
2.2. PEMFC 是新能源汽车的终极解决方案
燃料电池汽车是新能源汽车的终极解决方案。各国政府已将发展新能源汽车提
升到国家战略地位，其中相比其他汽车，以 PEMFC 为动力的汽车具有以下优势：
零排放，唯一的排放物是没有任何污染的水，不产生任何危害性气体；能量转化效
率高，一般为 50%以上，理想利用率可超过 85%，超过传统内燃机效率的 3 倍以上；
燃料加注时间短，在锂电池电动汽车中最大缺点之一就是充电时间长，没有快速充
电桩的情况下需要 7~8 小时，有快速充电桩则需要 1 小时左右，燃料电池氢气加注
类似于普通燃油加注，仅需 3 分钟即可充满。另外燃料电池汽车的续航里程一般都
在 400 公里以上，超过现在的锂电汽车，理论上只要配臵充足的加氢设施，燃料电
池汽车是没有“里程焦虑”的问题。在电池衰减方面，燃料电池本质上是一个发电
装臵，锂电是储能装臵，衰减性要远好于锂电。
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图 14：质子交换膜燃料电池汽车原理图
数据来源：电动邦，东北证券
图 15：燃料电池汽车是新能源汽车的终极选择
数据来源：东北证券整理
各国政府对燃料电池汽车支持不遗余力。相对于已然技术成熟、大规模生产、
成本较低、配套设施完备的传统汽车行业，新能源汽车产业尚处于幼稚期，技术不
成熟，配套设施缺乏，成本高,量产困难，只有在政府的支持才能发展，发展的速度
也很大程度上决定于政府的决心。燃料电池作为新能源汽车绿色环保高能效的动力
电池选择，各国政府将其提升到国家战略地位，在技术研发与配套设施建设上都予
以了大量资金扶持。2009 年，欧盟批准燃料电池和氢能技术项目行动计划，出资
4.7 亿欧元用以支持燃料电池汽车及基础设施技术研发。德国政府则与企业联合资
助 14 亿欧元，用于燃料电池汽车关键技术研发。2012 年，美国政府拟投资 63 亿美
元用于燃料电池的研究和商业化推进，并对燃料电池实施 30%-50%的税收免除政策。
日本政府对燃料电池汽车支持更是不遗余力，累计已投入上千亿日元用于相关技术
研究和示范推广，并拟于 2015 年建设 100 座加氢站。目前日本对燃料电池汽车的
补贴高达每辆 200 万日元（约 11 万人民币），安倍政府表示未来将提高至 300 万日
元。我国政府也表现出发展燃料电池汽车的决心，不仅予以燃料电池汽车不低于其
他所有新能源汽车补贴待遇，而且颁布对加氢站每站奖励 400 万元的支持政策，由
于加氢站的成本不足 1000 万元，该补贴政策出台后将加速我国加氢站的建设。
关键性能比较 燃料电池汽车 电动汽车 内燃机汽车
理论能量转换率 85% 80% 23%左右
续航里程 500km以上 200km左右 400km以上
电池/动力衰减 无衰减问题 衰减性明显 无衰减问题
燃料补给/充电时间 3分钟 1-8小时 1分钟左右
环保性 好 好 差
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图 16：日本不遗余力的推动燃料电池产业
数据来源：东北证券整理
燃料电池汽车产业化序幕或于 2015 年拉开。丰田在燃料电池汽车上的研发处
于全球领先地位，其自主研发的 Mirai（未来）已经于 2014 年 12 月 15 日在日本开
始销售，并计划于 2015 年夏季登陆美国与欧洲市场，这也是世界上第一款真正量
产的 PEMFC 燃料电池汽车。Mirai 的单次加氢后的续航里程为 650 公里，远超只有
100-300 公里的锂电动汽车，该续航里程可满足绝大多数情况的代步需求。此外，
Mirai 实际上是电电混动，除了 PEMFC 电池以外，还有插电式镍氢电池。镍氢电池
的存在很大程度上弥补了目前日本加氢站尚不足的短板，便于消费者在不方便去加
氢站的时候通过充电桩自主充电。即将上市的 Mirai 含税价约为 700 万日元，扣除
政府 200 万元补贴后，消费者的实际购买价为 500 万日元（约 26 万人民币），相对
传统汽车价格劣势已不明显。丰田的主要竞争对手本田亦将燃料电池汽车的量产提
上日程，本田在丰田 Mirai 发布的同期也推出其燃料电池汽车 FCV，续航里程为 700
公里，并预计于 2016 年开始量产。汽车厂商是燃料电池汽车市场化的主要推动力，
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正如特斯拉在锂电池的明星效应，丰田与本田的率先量产也会起到行业示范作用，
随着配套设臵的完备与其它厂商的追随，产业化的序幕即将拉开。
图 17：丰田 Mirai 示意图 图 18：丰田 Mirai 所用燃料电池参数
数据来源：第一电动网，东北证券 数据来源：第一电动网，东北证券
图 19：部分车企的燃料电池量产计划
数据来源：东北证券整理
2.3. PEMFC 在其他领域的应用前景
PEMFC 低温工作，启动速度快，零污染的特点，不仅是汽车动力电池领域最
佳选择，其在家庭热电联产、便携式电源与军事领域也有很高应用价值。
家庭热电联产是个潜在巨大市场。不仅日本政府与燃气公司企业一直大力推广
家庭燃料电池热电联产系统 ENE-FARM，该系统利用对城市天然气和液化石油气进
行重整得到氢气，并输入空气即可发电，满足家庭提供日常生活用电的同时产生热
水。据松下介绍，ENE-FARM 预计可以为日本家庭每年省下 600 到 725 美元的用电
费用，此外由于日本是多发地震国家，ENE-FARM 不需要依赖电网，能有效应对地
震所带来的停电问题，因此 ENE-FARM 对于日本消费者颇具吸引力。东芝燃料电
池动力系统公司与松下电池工业公司是最主要的 ENE-FARM 制造商，在东芝与松
下的不懈努力下，成本不断减低，能源利用率不断上升，电池系统占比面积也越小，
销售价格在 2009 年初次上市时约为 330 万日元，目前价格约为 200 万日元，扣除
厂商
上汽集团
丰田
本田
大众集团
现代
量产计划 备注
2014年12月15日在日本发售FCV，欧美市场预计
2015年发售
价格预计在700万日元。 丰田研发的FCV的续航里
程能达到700km左右，另外充氢所需时间仅为3分钟
现代曾在2012年9月的巴黎车展上展示过ix35 Fuel
Cell的其量产版。该车于2012年在欧洲获得了型式
认证，2013年尝试量产，计划2013～2015年生产
1000辆，主要在欧洲租售给个人和政府机构等。今
后计划继欧洲之后在美国和韩国也取得认证并投放
市场。
配备输出功率为100kW的燃料电池和锂离子充电电
池以及两个氢燃料罐，用来驱动马达。氢燃料罐是
两个压力为70MPa的产品，加满5.6kg的氢时，续航
距离为594km。锂离子充电电池为锂聚合物充电电
池，容量为24kWh。0～100km/h的加速性能为12.5
秒。
2014年生产20辆左右，2015年将推出80辆燃料电池
汽车
大批量生产成本60-70万左右，后期更大批量生产时
成本将降至5万美元
2014年11月本田发布了FCV，于2015年率先在日本
推出新型FCV的量产车型，并相继投放美国和欧洲
市场。
续航700km以上，加氢3分钟。除了FCV和外部充电
器，本田还正在积极推广和普及采用本田独有的高
压水电解系统的一体式“智能氢气站”
2014年发布三款燃料电池车型，第五代燃料电池技
术预计明年底成熟。
大众目前无量产计划，但积极做技术和车型储备
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政府 140 万日元的补贴后，消费的实际购买价约为 60 万日元（约 3 万人民币）。目
前ENE-FARM的累计销量约为10万台，不过随着 PEMFC的各组件成本不断降低，
ENE-FARM 价格的瓶颈或将突破，打开巨大市场空间。
图 20 ：日本 ENE-FARM 原理图 图 21： 日本 ENE-FARM 市场预测
数据来源：东京燃气公司，东北证券 数据来源：东京燃气公司，东北证券
便携式电源的商业化应用仍只是设想。PEMFC 的低温、能量密度高的特点适
合用作消费电子的便携式携式电源，例如数码相机电池、手机电池和手机充电器等。
三星电子曾于 2007 年与日本 MTI Micro 燃料电池公司签署协议，计划联合推广手
机电池等微型燃料电池产品。苹果亦与 Intelligent Energy 电力技术公司合作研发燃
料电池，意图未来让 iPhone、iPad 采用燃料电池，实现电子产品的长时间待机。不
过目前 PEMFC 在便携式电源上的大规模商业化应用仍只是设想，目前尚未看到曙
光，目前也没有成功的商业案例，一方面是由于其成本难以与目前的主流锂电池相
抗衡，另一方面是由于消费者的燃料加注极为不便。此外，据同济大学燃料电池专
家介绍，便携式设备不具备高压储备氢气条件，燃料主要采用的是液态甲醇，而甲
醇作为危险液体会给便携式燃料电池应用带来许多不便，如不被允许携带在飞机等，
这也为其推广形成阻力。
图 22： MTI 公司燃料电池数码相机示意图 图 23： Intelligent Energy 燃料电池移动电源示
数据来源：电子技术设计网，东北证券 数据来源：佳工机电网，东北证券
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备用和远程电源领域，电信行业需求增长前景看好。在备用和远程电源领域，
电信行业占据主导地位，并且以巴拉德公司生产的 PEMFC 为主。目前大部分电信
基站都是采用的备用电源为铅酸电池和柴油发电机，但是铅酸电池能量密度低且造
价昂贵，而柴油发电机排放量高。无排放，性能稳定的燃料电池成为备用电源的最
佳选择。在美国已有近千个电信基站采用了燃料电池为备用电源，美国通信公司
Sprint 和 ReliOn (AT&T) 公司都获得了美国能源部资金和政策支持，在 200 多个站
点安装了燃料电池后备电源。中国移动电话用户高达 7.7 亿，燃料电池如果在中国
通信行业推广，必然是一个巨大的市场。事实上，燃料电池在中国通信行业的推广
已见曙光，在 2012 年中国移动通信公司与巴拉德公司开始合作，进行燃料电池的
备用电力系统的示范运行，巴拉德为中国移动提供的 50 套 PEMFC 备用电源系统分
别应用与不同城市的 30 个通信网点。中国通信市场有望为 PEMFC 在备用电源领
域打开巨大市场
图 24：中国移动的燃料电池备用电源
数据来源：互联网，东北证券
续航能力与高隐秘性，在军事动力系统领域可大有作为。除能量密度高、无噪
音和能量密度大的优点以外，PEMFC 红外辐射少，非常有利于提高作战装备的隐
秘性，国外对于 PEMFC 在军事领域上有了深入研究和应用实践，主要为军用动力
电池，如海军舰艇动力电源、潜艇驱动电源和无人驾驶飞机电池等。目前海军舰艇
动力系统用的是斯特林系列的发动机，与 PEMFC 相比，目前的动力系统能量转换
效率低、噪音大且红外辐射高，续航能力和隐蔽性均不及 PEMFC。美国国防部对
于 PEMFC 在军事领域应用高度重视，海军早在 1995 年就完成了燃料电池作为驱逐
舰和小型护卫舰等海军战舰的驱动系统的性能研究，并计划首先将 2.5MW 的
PEMFC 电池堆用于美军部分驱逐舰，并最终达到 25MW 以上的目标。美国空军亦
与 Treadwell 公司签订协议，共同研究可用于卫星的 RFC 系统的燃料电池。
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2.4. PEMFC 国内外厂商比较
PEMFC 为生产厂商最多的燃料电池，其中加拿大与美国技术世界领先。加拿
大与美国的公司在该领域技术最成熟，其中普拉格（PLUG.O）为技术最领先的企
业，主打产品为叉车等物料搬运设备燃料电池；巴拉德(BLDP.O)的电池堆进入普拉
格供应链，主营业务与普拉格紧密相关；Hydrogenics 公司(HYGS.O)主营业务以政
府合作项目为主，并广泛参与到欧盟的清洁能源项目；Horizon 公司在微型便携
PEMFC 优势明显；东芝公司与松下电器的燃料电池子公司集中优势研发家庭热电
联产 ENE-FARM，在日本呈现商业化趋势。
国内企业技术短期尚难以超越国外，其中新源动力技术最为成熟。我国燃料电
池的企业集中于 PEMFC 领域，但是技术差距与国外非常大，主要是由于面临人才
和技术的瓶颈，十年之内或难以超越国外企业。虽然国产质子交换膜的技术与国外
差距已经缩小，但电池堆与电池堆控制技术尚不完善，且电池寿命过短问题。其中，
新源动力车用 PEMFC 技术最为成熟，2007 年上汽集团入股新源动力，或将推进新
源动力 PEMFC 的商业化；上海神力主打 PEMFC 的车用和热电联产领域；中科同
力依托自身化工实力，兼营质子交换膜，但质量有待市场考验；东岳集团（0189.HK），
是中国氟硅行业龙头企业，自主研发的离子膜技术先进，并于 2013 年 11 月与戴姆
勒、福特联合开发更高性能更低成本的燃料电池质子交换膜，有望打破杜邦等公司
的垄断。
主要海外公司：
普拉格（PLUG.O）。普拉格能源有限公司（Plug Power）是全球领先的设计、
开发、商业化制造的质子交换膜燃料电池企业，总部位于美国。目前公司的主营业
务为 GenDrive 燃料电池，Relion 燃料电池以及 GenFuel 氢燃料服务。其中，GenDrive
燃料电池主要应用于叉车等物料搬运设备，并且在该领域技术全球领先，是公司主
打产品，2014 年第三季度该产品出货量为 857 套，比去年同期增长 453%。此外，
普拉格于 2014 年 12 月宣布，公司 ReliOn 燃料电池和 GenFuel氢燃料服务达成 2000
万美元合同，将为北美某大型服务提供商最多 500 个场所提供 ReliOn 燃料电池和
GenFuel 氢燃料服务，合同金额高达 2000 美元，该合同以及出货量逐步增长的
GenDrive 将助力普拉格的扭亏转盈。
图 25：普拉格 gendrive 产品
数据来源:Plug Power，东北证券
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图 26：普拉格总营业收入（万美元） 图 27：普拉格营业利润（万美元）
数据来源：wind，东北证券 数据来源：wind，东北证券
巴拉德(BLDP.O)。巴拉德动力系统公司 (Ballard Power Systems) ，总部位于加
拿大，于 1983 年开始开发燃料电池，并建立了与奔驰、福特等厂商的战略联盟。
目前主营业务是质子交换膜燃料电池燃料电池堆、模块和系统。普拉格公司的主打
产品 GenDrive 燃料电池系统系列产品全部采用巴拉德公司的燃料电池堆，因此巴拉
德公司营业收入与普拉格密切相关。
图 28：巴拉德的主要燃料电池产品
数据来源：ballard，东北证券
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图 29：巴拉德总营业收入（万美元） 图 30：巴拉德营业利润（万美元）
数据来源：wind，东北证券 数据来源：wind，东北证券
Hydrogenics 公司(HYGS.O)。Hydrogenics 公司是一家全球领先的制氢和以氢
为基础的燃料电池电力模块开发商和制造商，总部位于加拿大。公司的燃料电池为
PEMFC，主要应用为电动叉车、独立发电厂和不间断电源供给系统；氢存储及在间
歇和峰值时期优化太阳能和风能系统的燃料电池电力系统。公司设有 OnSite
Generation（现场发电）和 Power Systems（电力系统）两大部门，前者占公司总收
入的 80%。Hydrogenics 的主营业务以政府合作项目为主，并广泛参与到欧盟的清洁
能源项目中，如 2012 年 7 月公司参与 INGRID 研发和示范项目，总预算 2,390 万欧
元，该项目获得欧盟财政资金 1,380 万欧元，将在 4 年内完成。
图 31：Hydrogenics 公司总营业收入（万美元） 图 32：Hydrogenics 公司净利润（万美元）
数据来源：wind，东北证券 数据来源：wind，东北证券
Horizon 燃料电池技术公司。Horizon 燃料电池技术公司（Horizon Fuel Cell
Technologies）成立于 2003 年，总部位于新加坡。公司的主打产品为输出功率 1kw
以下的微型质子交换膜燃料电池，应用于消费电子、航空航天以及国防领域。2009
年，公司成立 Horizon 能源系统公司，专门为航空航天和国防客户提供超轻型燃料
电池。2008 年，Horizon 推出了输出功率为 60-100w 的“Hydropak”便携式燃料电
池动力系统，以及输出功率为 2w，可为消费电子设备进行充电的微型便携式燃料
电池“MiniPAK”。
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图 33：Hydropak 便携式燃料电池实物图 图 34：MiniPAK 微型便携式燃料电池实物图
数据来源：新浪科技，东北证券 数据来源：新浪科技，东北证券
东芝公司（6502.T）。东芝公司与联合技术动力公司于 2001 年成立了合资公司-
东芝燃料电池动力系统公司，公司技术研究方向为住宅用质子交换膜燃料电池，主
打产品为家庭热电联产 ENE-FARM。
松下电器（PCRFY.OO）。松下电器的子公司松下电池工业公司，自 1999 年以
来，与东芝等公司共同开发住宅用微型热电联产燃料电池，并于 2009 年在日本市
场推出住宅用 ENE-FARM 燃料电池品牌。伴随着 ENE-FARM 在日本的成功，松下
电池工业公司于 2011 年在德国开设了欧洲燃料电池开发办公室以开拓欧洲市场。
ENE-FARM 自上市以来呈现出能量利用率提高，价格走低，体型小型化趋势。
图 35：松下 ENE-FARM 新产品改进
数据来源:佳工网，东北证券
主要国内公司：
新源动力。新源动力成立于 2001 年 4 月，由中国科学院大连化学物理研究所、
兰州长城电工股份有限公司等单位发起设立，主要从事质子交换膜燃料电池及相关
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零部件的研制和生产。新源动力设有江苏新源动力有限公司和上海新源动力有限公
司，前者主要生产燃料电池的关键材料和关键零部件，后者业务主要为车用燃料电
池系统集成安装、运行以及相关数据服务。2007 年 4 月 18 日，上汽集团入股新源
动力并协议约定，上汽集团将支持新源动力持续推进燃料电池的产品和工艺开发乃
至商业化、产业化，帮助新源动力在技术管理、工程管理和质量控制等方面尽快达
到汽车行业的标准。
入股新源动力的上市公司：上汽集团（34.19%），长城电工（8.98%），南都电
源（8.12%），新大洲（4.42%）。
图 36：新源动力股东结构图 图 37：新源动力主要产品
数据来源：东北证券 数据来源：新源动力，东北证券
上海神力。上海神力科技有限公司成立于 1998 年，是专门从事质子交换膜燃
料电池产品的研发与产业化的高科技民营企业。公司主打产品为车用质子交换膜燃
料电池，其次为家庭热电联产系统和移动电源。2012 年以前公司所需的质子膜由美
国杜邦公司提供，不过上海神力与上海有机化学研究所、上海同济科技实业股份有
限公司共同组建的上海中科同力化工材料有限公司已经自主研发出质子交换膜，但
产品质量还有待市场考验。
入股上海神力的上市公司：复星医药（5.00%）江苏阳光（集团占 51.59%）
110KW燃料电池系统：客车用 60KW燃料电池系统
10KW燃料电池系统 200W燃料电池系统：自行车用
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图 38：上海神力燃料电池技术研发产品
数据来源:上海神力，东北证券
图 39：上海神力股权结构图
数据来源: 东北证券
中科同力。上海中科同力化工材料有限公司成立于 2002 年 2 月,由中国科学院
上海有机化学研究所、上海同济科技实业股份有限公司以及上海神力科技有限公司
等同组建。公司的主要业务领域为 OPC/OLED 化学品的创新合成工艺开发和产品
研制、吲哚系列衍生物以及其他特殊结构的医药中间体的研制、具有质子交换功能
的创新化学结构的树脂和膜材料、高分子改性添加剂、同时致力与化学和化工过程
的自动控制技术和产品及服务的开发和经营。目前公司已经自主研发出燃料电池所
需的质子交换膜，不过还有待市场考验。
关联的上市公司：同济科技（36.23%）
东岳集团（0189.HK）东岳集团是中国氟硅行业龙头企业。主打产品为绿色环
保制冷剂、聚四氟乙烯高分子材料，并在该领域的市场占有率世界第一。公司自主
研发的离子膜自 2010 年 5 月开始陆续推向市场试运行。2013 年 11 月份东岳集团与
戴姆勒、福特签订合同协议，联合开发下一代更高性能更低成本的燃料电池质子交
换膜。东岳集团的高技术含量的质子交换膜有望打破杜邦等公司的垄断。
燃料电池观光车 11座燃料电池游览车 燃料电池城市客车
燃料电池轿车 燃料电池越野车 燃料电池游览车
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3. MCFC、SOFC-固定发电领域的明日之星
熔融碳酸盐燃料电池与固体氧化物燃料电池同属高温电池，在原理和应用领域
有很大相似性。熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是第三代燃料电池，电解质是熔融
态的碳酸盐，通常是锂和钠金属碳酸盐的二元混合物。固体氧化物燃料电池(SOFC)
属于第四代燃料电池，电解质为固体氧化物，通常为三氧化二钇锆。两者原理很相
似，在高温工作环境下，负极输入天然气等燃料，电池的对燃料气体内重整生成氢
气，正极则持续输入氧气或空气，电化学反应形成稳定电流。由于 MCFC 和 SOFC
可以有效利用废气能量，因此能量利用率可达 50%-70%，其中 MCFC 最接近商业
化，SOFC 是能量转化率最高。
3.1. 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
熔融盐酸盐燃料电池原理：供给的氧化剂气体中必须含有碳酸气体。电池的是
输入天然气、煤气等燃料气体，首先燃料气体进行重整生成氢气再参与电化学反应。
氢分子吸附于负极表面，失去电子形成氢离子 H+。正极则持续输入氧气和二氧化
碳，在催化剂的作用下，与负极传来的电子相结合，生成碳酸离子，碳酸离子通过
电解质扩散到负极，与作为燃料的 H+ 相结合，放出 e-，同时生成水和二氧化碳 。
该化学反应式如下：
负极（燃料）：H2 + CO32-
= H2O+2e- + CO2
正极（氧气）：2CO2 + O2 +4e-=2CO32-
电池整体：2H2 + O2 =H2O
图 40：MCFC 结构示意图 图 41： MCFC 原理图
数据来源：互联网，东北证券 数据来源：互联网，东北证券
MCFC 具备催化剂成本低的优势。在 MCFC 的研究初期，采用的负极催化剂
采用的也是铂等贵金属，因此也面临成本高昂瓶颈，后期采用了催化性能良好且可
避免高温下产生烧结和蠕变的镍合金作为催化剂。正极的催化剂普遍采用的是氧化
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镍。相对于 PEMFC 所采用的铂，镍合金和氧化镍的成本较低。
电解质基底是 MCFC 的重要组成部件。电解质基底由载体和碳酸盐构成，其
中电解质被固定在载体内。基底既是离子导体，又是阴、阳极隔板。它必须具备强
度高，耐高温熔盐腐蚀，浸入熔盐电解质后能够阻挡气体通过，而又具有良好的离
子导电性能。其塑性可用于电池的气体密封，防止气体外泄，即所谓“湿封”。 当
电池的外壳为金属时，湿封是唯一的气体密封方法。
3.2. 固体氧化物燃料电池（SOFC）
SOFC 的工作原理：类似 MCFC 但不需要碳酸气体参与。SOFC 的原理与 MCFC
非常相似，电池首先对燃料气体进行重整生成氢气再参与电化学反应。氢分子吸附
于负极表面，失去电子形成氢离子 H+。不同在于，化学反应不需要二氧化碳的参，
氧气同样是吸附于正极表面后，在催化剂的作用下，O2 得到电子变为带正电荷的氧
离子，并通过电解质扩散到固体电解质与负极的界面，与氢离子发生反应生成水。
该化学反应式如下：
负极（燃料）：2H2 + 2O2-
= 2H2O+4e-
正极（氧气）： O2 +4e-=2O2-
电池整体：2H2 + O2 =H2O
图 42：SOFC 原理图 图 43：SOFC 发电系统示意图
数据来源：互联网，东北证券 数据来源：互联网，东北证券
电解质是决定 SOFC 性能的关键。由于 SOFC 电池运行温度高达在 1000℃，
这会带来一系列的问题，包括电极烧结、界面反应、热膨胀系数不匹配等。在 SOFC
的化学反应下，电解质需要满足以下条件：（1）不能有孔隙而让气体通过（2）必
须是电的绝缘体而且氧气离子的传导能力越大越好。目前 SOFC 普遍使用的电解质
的主要成分为三氧化二钇锆，该材料从室温一直到熔点温度范围内保持结构稳定，
以保持材料整体的电中性。
锰酸镧与镍是主流催化剂。SOFC 的催化剂除了具有良好的电催化活性与导电
性外，还必须具备与电解质相近的热膨胀系数，更重要的是，在高温下工作不能与
电解质发生化学反应。早期的 SOFC 负极催化剂采取的也是铂等贵金属，成本较高，
后采取与 MCFC 相同催化剂-镍或镍铝合金。正极催化剂则采用催化活性强、导电
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性高的锰酸镧。
图 44：正极催化剂锰酸镧示例图 图 45：负极催化剂镍示例图
数据来源：互联网，东北证券 数据来源：互联网，东北证券
3.3. PEMFC、MCFC 与 SOFC 的对比
MCFC 与 SOFC 是固定发电领域的卫冕之王。与 PEMFC 相比，MCFC 和 SOFC
启动速度慢，高温工作，体积庞大，因此几乎不可能作为动力电池或便携式电源使
用。但在固定式发电的应用领域，MCFC 与 SOFC 具备绝对优势，主要体现在以下
几点：
(1) 催化剂成本低。PEMFC 催化剂目前仍使用铂等贵金属，成本高昂，应用于
发电站时与传统发电站相比，成本劣势明显。而 MCFC 和 SOFC 采用的催化剂为镍
合金、氧化镍等材料，成本非常低。
（2）无催化剂中毒。在对天然气等碳氢气体的重整产生氢气过程中，会产生部
分一氧化碳 CO。CO 会使催化剂铂产生氧化现象，即催化剂 CO 现象，会降低电池
的性能和寿命。而 CO 不仅氧化 MCFC 和 SOFC 的催化剂，反而会成为电池燃料。
（3）发电效率高。PEMFC 的能量转化率约为 40-50%，而 MCFC 与 SOFC 的能
量转化率分别为 50%-65%，以及 50%-70%。这主要是由于 MCFC 和 SOFC 可以对
废气热量有效的利用。
（4）技术成熟。目前在 MCFC 和 SOFC 在固定发电领域的应用的技术已经相对
成熟。PMEFC 在固定发电领域应用的研究较少，目前只有松下和东芝的热电联产
采用的该种技术。
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图 46：PEMFC 与 MCFC、SOFC 对比
数据来源：东北证券
MCFC 成本低易量产，SOFC 效率高寿命长。MCFC 和 SOFC 非常适合于固定
式发电，但两者由于技术原理以及技术实践的不同，目前在该领域的应用各有千秋，
其不同差别主要表现在以下几点：
MCFC 与 SOFC 相比优势在于：工作温度较低，对电池组件材料的要求，以及
密封和组装的技术难度相对较小，因此 MCFC 制作材料成本更低，更易量产。SOFC
是温度最高的燃料电池，不仅电池组件要求更高，解决密封和组装问题也较为困难，
因此 SOFC 的成本更高。
但是 SOFC 作为比 MCFC 更新的技术，有更多优点：
第一，MCFC 与 SOFC 相比，寿命较短；
第二，MCFC 发电的效率比 SOFC 低，MCFC 的效率一般为 60%，而 SOFC 的
发电效率可达 70%。
第三，MCFC 的电解质熔融碳酸盐是液态，具有腐蚀性，而且易挥发。SOFC
是固体氧化物，不仅可根据需要做成管形、板形或整体形，而且避免了电解质蒸发
和电池材料的腐蚀问题。
第四，MCFC 的电化学反应需要 CO2 与空气，必须配臵循环系统，而 SOFC 不
需要配臵该循环系统；
第五，MCFC 对燃料气体要求较高，燃料中 H2S 和 CO 要小于 0.5PPM；SOFC
对燃料气体成分无此要求；
不过 MCFC 研究与技术实践较早，目前 MCFC 最接近商业化，但 SOFC 未来
或成为固定发电领域主流。
3.4. MCFC 与 SOFC-固定发电领域最具前景的绿色发电技术
固定发电领域主要包括大型发电站、热电联产和备用电源。固定发电也是目前
燃料电池的主要市场，其出货量远超在交通运输和便携式等领域的市场出货量。在
该市场中，美国 bloom 能源、FuelCell 和联合技术动力公司占主导地位。
在该领域应用中，MCFC 研究较早，技术较为成熟，成本低更易量产，目前
最接近商业化，但性能和寿命方面不如 SOFC；SOFC 为 MCFC 的下一代技术，效
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率高寿命长，但存在材料安装技术要求高，成本相对较高问题。在固定发电领域，
趋势或为 MCFC率先商业化，然后SOFC技术不断突破成本降低进而取代 MCFC。
无污染、无排放、效率高，可成为未来主流大型发电站。发展新能源被世界各
国提升到国家战略地位，传统火力发电站高污染、高排放、能量利用率低，既破坏
环境又严重消耗宝贵的化石能源，必然在未来会被取代。在各类新能源中，风能、
太阳能、地热、水能、潮汐能受制于地理环境，发电量不能满足大量用电需求，核
电成本高昂风险高，而 MCFC 与 SOFC 不受制于地理环境，更无危险性，且可根据
需要自由设定电站功率，优势明显。与传统火力发电相比，MCFC 和 SOFC 无污染、
无排放，而且能量转换率极高，这主要是由于燃料电池直接将燃料的化学能转化为
电能，没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，
火力发电和核电的效率大约在 30%～40%，而燃料电池的电能转换效率一般为
45%～70%，理论上，随燃料电池对废气能量利用率的进一步提高，能量的总利用
率可超过 85%。早在 20 世纪初，MCFC 和 SOFC 就被认为可用作大规模民用固定
式发电站，美国与日本政府都投入大量资金资助该领域技术的研发以及示范电站的
建设。中国目前仍以火力发电为主, 未来能源转型或跟随世界步伐，发展 MCFC 和
SOFC 大型发电站应用。
图 47： FCE 公司 1.5MW 的 MCFC 示范电站 图 48：美国加州图莱里废水处理厂 MCFC 电站
数据来源：互联网，东北证券 数据来源：互联网，东北证券
大型电站的必要补充-分散式供电系统。大型发电站作为集中供电系统，具有规
模化效益，成本低，但缺点在于必须设臵复杂电网线路和配电调度控制系统，因此
难以覆盖分散的居民小区、偏远的海岛、哨所、山区等地区，此外受战争和自然影
响也较大，因此分散式供电系统虽不可能取代集中供电系统，但却是一种必要的补
充。
PEMFC 一般都需要额外配备碳氢气体重整设备，而 MCFC 和 SOFC 本身具有
内重整能力，因此燃料适应性广，可以直接使用氢气、天然气、液化气、煤气等多
种碳氢燃料，可更方便利用本地天然气等供气设施。微型热电联产（m-CHP）亦属
于分散式供电系统，其给企业或家庭供电时，还可将剩余电量用储蓄电池储存或者
联接电网输送，高位尾气的热量通过换热器换热可用于提供热水或室内加热。美国
早在 2003 年就开始分散式供电系统推广，设立 1000 万美元基金用于分散式发电的
研究和示范工程。分散式供电系统作为集中供电系统的必要补充，或为 MCFC 和
SOFC 打开新的市场。
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微型热电联产（m-CHP）是个潜在巨大市场。燃料电池固定式动力市场的一个
重要组成部分是微型热电联产，该系统利用对城市天然气和液化石油气等燃料进行
重整得到氢气，并通入空气即可发电，为企业或家庭提供稳定电力以及所需热水。
欧美日是微型热电联产的主要市场，欧美 MCFC 和 SOFC 厂商中，美国 Ceramic 公
司，荷兰 KIWA Gastec 公司均有一定订单，但相对日本较少。日本在该领域技术和
市场规模均领先世界，日本推广的微型热电联产名为 ENE-FARM，在生产
ENE-FARM 的 8 家日本厂商中，除东芝和松下采用的是 PEMFC 以外，大阪燃气等
6 家公司采用的均是 SOFC。ENE-FARM 预计可以为日本家庭每年省下 600 到 725
美元的用电费用，此外由于日本是多发地震国家，ENE-FARM 不需要依赖电网，能
有效应对地震所带来的停电问题，因此 ENE-FARM 对于日本消费者颇具吸引力。
日本政府对 ENE-FARM 的补贴政策按照设备类和施工费分别进行计算，对设
备的补贴为从购买费用中减去原有款热水器价格（一律看做 23 万日元）后金额的
50%；对施工费的补贴为施工费的 50%。ENE-FARM 安装费约为 50 万日元，在 2009
年初次上市时约为 330 万日元，目前价格已降至 200 万日元，消费者实际承担的设
备与安装费用约为 136 万日元（约为 7 万人民币），价格的劣势已不明显。目前
ENE-FARM 的累计销量约为 10 万台，不过随着 PEMFC 的各组件成本不断降低，
ENE-FARM 价格的瓶颈或将突破，打开巨大市场空间。
图 49：日本 ENE-FARM 原理图 图 50：日本 ENE-FARM 市场预测
数据来源：东京燃气公司，东北证券 数据来源：东京燃气公司，东北证券
3.5. MCFC 与 SOFC 的主要生产企业
FuelCell 能源（FCEL.O）。FuelCell Energy（FCE）公司成立于 1969 年。FuelCell
能源公司的主要产品是可用于现场发电、热电联产及分布式能源电网的熔融碳酸盐
燃料电池（MCFC）。FuelCell 大力拓展海外业务，控股子公司 FuelCell 能源解决方
案公司（FCEs）位于德国，专注于在欧洲地区固定式燃料电池发电站业务。亚洲地
区则通过韩国 POSCO Power 公司进行分销。此外，FuelCell 能源公司并购了 Versa
Power System 公司，以拓展在固体氧化物燃料电池领域的业务。
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图 51：FuelCell 总营业收入（万美元） 图 52：FuelCell 营业利润（万美元）
数据来源：wind，东北证券 数据来源：wind，东北证券
Ceramic 公司(CFU.L)。Ceramic Fuel Cells Limited（CFCL）成立于 1992 年，
总部位于澳大利亚，目前主要运营位于英国的燃料电池制造厂，以及位于德国的燃
料电池组装厂。Geramic 公司主打产品为天然气为动力的微型热电联产固体氧化物
燃料电池 BlueGen。Geramic 公司的客户散布欧洲、日本、澳大利亚和美国。目前
公司正与英国能源公司 E.ON、法国 GdF Suez、德国 EWE 等企业联合开发燃料电池
发电和供热产品。
图 53：Geramic 公司燃料电池系统出货量（台） 图 54：Geramic 公司销售收入（百万澳元）
数据来源：《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》 数据来源：《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》
Bloom 能源公司。Bloom 能源（Bloom Energy）总部位于美国，主营业务为固
体氧化物燃料电池发电站。公司的 SOFC 极具优势，主要为互联网等企业提供用于
数据中心的燃料电池发电站。如，苹果公司的购买量为 10MW，为其建设在北卡罗
来纳州梅登市的新数据中心供电；eBay 公司采购 bloom 公司 30 台，共计 6MW 的
燃料电池发电站，为其新数据中心供电。
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图 55：ebay 数据中心燃料电池发电站
数据来源：IT168，东北证券
联合技术动力（UTC Power）公司。联合技术公司是全球多元化制造企业之一，
主要为全球航空航天和建筑业提供高科技产品和服务，其子公司联合技术动力
（UTC Power）公司是全球知名的燃料电池制造商，专注于固定式燃料电池发电站，
并在该领域销售业绩突出。不过，联合技术于 2012 年 12 月将联合技术动力出售给
了 ClearEdge Power 公司。
图 56：2012 年联合技术动力公司安装项目
数据来源：《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》，东北证券
安装项目 安装位置 安装量
燃料电池系统 加利福尼亚南海岸空气质量管理区 400kw
总部大楼热电联产 康涅狄格州CTTRANSIT公司 400kw
游泳池燃料电池系统 加利福尼亚帕萨迪纳城市学院 400kw
电视演播室热电联产 纽约市美洲大道 400kw
研究实验室燃料电池系统 康涅狄格州大学 400kw
燃料电池系统 CBS工作室 2.4MW
燃料电池发电机 康涅狄格州Saint Francis Care 800kw
14台PureCell400型燃料电池发电机 韩国SK集团E&S电厂 5.6MW
14台PureCell400型燃料电池发电机 韩国东南电力公司 2.8MW
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4. 相关投资标的
2015 年是燃料电池汽车发展的元年，因此燃料电池产业化前景更为明确，作为
未来 100 年的新能源技术，燃料电池极有可能成为继纯电动汽车之后一个新的主题
投资方向。
国内燃料电池产业起步相对较晚，目前规模化的企业较少，且没有直接的上市
投资标的。我们按照两条主线进行相关标的梳理：一，公司或集团参股国内领先的
燃料电池企业；二，原材料和产业链内的核心组件企业；相关标的如下：
图 57：参股国内燃料电池的企业
数据来源：东北证券整理
图 58：原材料和核心组件企业
数据来源：东北证券整理
标的名称 代码
上汽集团 600104.sh
长城电工 600192.sh
新大洲A 000571.sz
南都电源 300068.sz
同济科技 600846.sh
江苏阳光 600220.sh
参股国内龙头企业新源动力，股权比例：8.12%；
参股国内质子交换膜材料企业中科同力，股权比例：
36.23%集团公司（江苏阳光集团）控股国内燃料电池企业上海
神力，股权比例：51.59%
参股公司
参股国内龙头企业新源动力，股权比例：34.19%；
参股国内龙头企业新源动力，股权比例：8.98%；
参股国内龙头企业新源动力，股权比例：4.42%；
标的名称 代码 相关产品
富瑞特装 300228.sz 储氢罐和液体储氢
华昌化工 002274.sz 硼氢化钠
雪人股份 002639.sz 燃料电池压缩机
贵研铂业 600459.sh pt
东岳集团 0189.hk 质子交换膜
三爱富 600636.sh 全氟磺酸树脂
巨化股份 600160.sh 四氟乙烯
简介
公司是国内低温储运的龙头企业，同时合资公司江苏氢阳能源有限公司专注于有机
液态储氢技术的研发。
金属化合物储氢是储氢技术的选择之一，其中公司的在投产品硼氢化钠作为优质储
氢材料，其单位质量的释氢量非常高，储运使用安全。
Pt是质子交换膜催化剂，公司是国内pt等贵金属催化材料研发、生产的核心企业之
一
当前主流的质子交换膜为全氟磺酸型质子交换膜，三爱富具备一定的全氟磺酸树脂
制备技术；
OPCON autoroto是目前燃料电池压缩机的主要供应商之一。
公司是亚洲规模最大的氟硅材料生产，在氯碱离子膜等方面打破了多项国外技术垄
断，2013年公司与戴姆勒(奔驰)和福特合作开发燃料电池膜。
全氟磺酸树脂是由四氟乙烯和PSVE等原料制备而成，四氟乙烯是巨化股份的产品之
一；
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