新能源氢燃料汽车成本构成

1、氢云研究：谁将主宰未来新能源汽车：氢燃料电池 or 固态锂电池？

作者 | tom 高级新能源分析师

我国油气资源匮乏，大幅度以来国外进口。为了保证国家能源安全，采取多元化能源发展路线。早期尝试了甲醇等生物质燃料，后又发展天然气、液化石油气燃料。随后又探索了超级电容、锂电池、燃料电池等技术，锂电池已经成功应用到交通领域，成为近年来新能源发展主力军。

锂电池能量密度，续航里程偏低，加之安全性存疑，一直备受业内外争议。而氢燃料电池技术突破，超高能量密度，成为业内外关注焦点。本文将从全新一代锂离子电池技术——固态电池，与氢燃料电池技术发展，分析二者优劣势，预判未来应用前景，供读者参考。

首先从全新一代锂电池技术——固态电池开始，分析目前固态电池技术产业化进程，及其技术优劣势。

1、固态电池产业化只差临门一脚，但续航改善有限

近一年多，台湾辉能开始与各大主机厂进行合作，测试电池包，这在氧化物固态电池领域具有标志意义。在10月22日东京车展上，丰田汽车CTO寺师茂树也表示，2020年东京奥运会示范运营固态电池汽车，2025年左右可以大规模生产固态电池汽车。以这些信息来看，辉能似乎在半固态电池产品和丰田硫化物全固态电池离量产越来越近。

2、辉能半固态锂电池初步具备小批量生产能力

近日，辉能CEO在某论坛上透漏了最新电池技术进展。通过论坛信息，我们可以看到目前辉能所谓固态电池并非全固态电池，而是采用添加少量有机电解液的半固态电池。添加少量有机电解液，可以大幅改善界面接触问题，使得电池性能几乎达到液态电池水平，同时在安全性、高低温性能、散热等方面还具有明显优势。这种半固态电池解决了目前液态锂电池安全问题，但没有解决能量密度问题。由于负极不能采用金属锂，其能量密度将不会有领先优势。

表1 主要锂电池技术路线特征

来源：氢云链

半固态锂电池具有与液态锂电池非常相近结构，其生产可采用低温压合、卷式生产工艺，保证半固态电池生产成本与液态锂电池具有一定可比性。目前陶瓷电解质生产规模较小，成本仍然较高，使得半固态电池原材料成本偏高。另一方面目前半固态电磁生产良率仍然低于液态电池。大规模生产之后，半固态电池成本会大幅下降，但与液态电池相比，可能仍然会处于劣势。总体来看，半固态电池核心优势是安全性，中短期（3-5年）内，成本仍然处于较大劣势地位。

图1 汇能固态电 

辉能也意识到半固态电池不能完全解决现在里程焦虑，全固态金属锂电池也在积极开发当中。全固态电池由于不添加有机电解液，其界面接触问题需要通过其他手段来解决，目前仍然没有较好的解决方案。为了提高固态电池能量密度，金属锂负极非常合适的解决途径，但金属锂负极技术及相关界面问题是非常大挑战。虽然辉能朝固态电池迈进了“半步”，但实现真正全固态电池还有更艰难的“半步”要走。

图2 固态电池产业发展趋势 来源：氢云链

3、丰田全固态电池可实现小批量生产能力

早在2014年，丰田就透漏2025年左右要实现固态电池汽车量产。近日，丰田执行副总裁兼首席技术官寺岛茂树(Shigeki Terashi)在东京车展前夕透露，丰田将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池技术的新能源车，该款车预计作为东京奥运会和残奥会上运动员及后期保障人员的出行巴士。

图3 丰田固态电池样车

根据公开技术资料显示，丰田采用了硫化物固态电解质技术路线，正极采用现有三元材料，负极采用石墨。关键生产工艺采用卷到卷方式进行，总体上与辉能生产工艺有一定相同之处。在电极浆料、压合技术上采用了新的配方和方法。丰田固态硫化物电池在工艺上与辉能最大不同，是不需额外注入少量电解液。丰田固态电池可能是真正意义上的固态电池，这使丰田未来实现金属锂负极、高电压正极材料应用，似乎水到渠成。

从丰田所采用材料体系推算，其电池能量密度与辉能半固态电池相当，在能量密度方面不具备优势。由于无法获取生产良品率，无法判断其成本与辉能差异，且目前谈成本仍然为时尚早。在未来技术成熟的预期下，丰田和辉能所生产固态电池，成本可能较为接近。总体来看，目前丰田全固态硫化物电池体系，与辉能半固态电池体系优势基本相当，能量密度问题仍然无法完全解决。

图4 丰田体积能量密度提升路径

4、从理论上看，全固态电池是可以解决液态电池安全、能量密度问题的。

辉能和丰田方案领先一步，提高了安全性，且实现低成本具有可行性（仍然需大规模生产验证）。未来通过高电压、金属锂，可进一步解决能量密度问题。丰田固态电池从目前的材料体系延伸到未来的高电压正极、金属锂负极材料，在工艺及材料体系方面更具有兼容性，因此其实现高能量密度固态电池量产可能会具有一定先发优势。

根据锂电池新材料、新工艺研发周期推算，在各种技术难题顺利解决情况下，2025年之后高能量密度固态锂电池或可实现原型开发及小批量生产。固态电池未来能否取代液态电池，首要决定因素是成本差异，其次才是安全性。笔者认为固态电池有希望把成本做到具有与液态电池相当水平，但“好事多磨”，存在很多不确定因素。

图5 不同种类锂离子电池能量密度

另一方面从氢燃料电池产业化及技术分析，氢燃料电池技术优势及发展困境。自2014年底丰田推出第一代氢燃料电池以来，全球氢燃料电池汽车保有量已经突破万台，预计2020年底保有量突破两万台，市场将由导入期慢慢转入成长期。超长续航能力及环保性成为了氢燃料电池汽车最闪亮标签。全球各地政府也在加大对政策扶持力度，相关企业加大投入纷纷建设加氢站等基础设施，希望推动氢燃料电池汽车产业发展。

新技术、新产业发展早期总会碰到各种各样问题，2019年可以称为氢燃料电池汽车发展早期的质疑阶段（早期动力电池也遭到严重质疑，起火爆炸、成本高......）。2019年以来多起氢气爆炸事件，导致业内外对氢气安全性充满质疑，同时加氢站建设投入高，氢气使用成本高，对氢燃料电池未来经济性也充满了担忧。笔者认为氢燃料电池安全性是技术问题，技术特征和使用成本才是市场定位的基准。下面笔者将从使用成本、产品特性分析，明确锂电和氢燃料电池在未来交通领域定位，供各位参考。

5、成本为王，短途、轻载场景锂电更优优势

采用煤制氢是目前成本最低氢气制造方案，有机构测算氢气生产成本约10元/Kg，即丰田mirai消耗能源成本为10元/百公里，目前煤电发电成本低于0.3元/度，按照特斯拉汽车20度/百公里，消耗能源的成本为6元。这其中只是粗略考虑燃料/能源生产成本，暂未考虑氢气储运与电力输送成本的差异，很明显使用氢气成本必定大幅度高于充电的成本。因此笔者认为在很长一段时间内，氢燃料电池汽车使用成本将大幅高于电动汽车使用成本。锂电池车辆更具有优势，其核心原因是锂电能量转换效率高，使用成本低。

图6 两种电池成本-续航里程对比

6、超长续航，长途、重载场景氢燃料电池优势明显

氢燃料电池由于能量密度高，长续航优势明显，可以运用于大载荷场景，如大型远洋船舶、重型长途车辆，而动力电池是难以胜任这些应用场景的。在燃料电池发展早期，我们已经看到其在大型船舶、火车、重载车辆领域的应用尝试，笔者认为氢燃料电池在这些领域应用更具有优势。而固态电池延续了液态锂电池优点，同时在一定程度上弥补了其续航里程（能量密度）不足问题，但其仍然难以与燃料电池相比。

氢燃料电池和锂电池在很多应用领域是相互补充的，比如在电网储能领域，氢燃料电池容量大，而锂电池响应快，在电网储能中起到作用也不尽相同。锂电功率密度大、氢电能量密度高，电-氢混合技术成为目前氢燃料电池汽车主要采用技术路线。能源领域从来都是受到政府管制的，未来不排除政府通过税收及相关管制措施，调节氢燃料电池使用成本，使得氢气使用成本具有比较优势。笔者认为不能单纯否定某一种技术，二者具有非常好的互补性，协调二者发展才能更好促进新能源产业发展。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

2、汽车用氢气为燃料成本怎么样？

氢燃料存在危险性，并没有普及，只是实验阶段，未来电力汽车还是主力，至于氢能源是否是未来新能源主力，目前还没有定论。

3、汽车新能源燃料都是什么？

新能源车车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。

4、吉利汽车发布首款氢燃料客车，百公里能耗7.5kg氢气，大家看好前景吗？

大家肯定看好前景，因为首款氢燃料客车不仅解决了能源短缺的问题，更代表着新能源将会出现更多的分支发展领域，所以很多专家与学者对这种客车也十分看好，同时我个人认为对于这种汽车的前景也比较认可。

因为氢燃料客车不仅可以很好解决环境污染问题，而且大大降低了客车的使用成本，能让更多的企业享受到技术变革带来的社会福利，也能让更多的消费者享受到科技给生活带来的改变。作为一家国产汽车品牌公司吉利，我认为能在这一次的新能源汽车发展当中抓住市场机遇已经是非常了不起的一件事情，因为相对于其他的公司而言能够在短时间之内研制出氢燃料客车，不仅代表着吉利公司已经具备了行业先进优势，而且还搭建起与其他企业不同的研究方向的团队，这对于企业以后的发展将奠定良好的基础。

如今整个汽车市场新能源与传统汽车已形成鲜明的对比，传统汽车市场正在出现下滑的一个趋势，而新能源汽车市场正出现一个上升的趋势，氢燃料客车正是属于新能源汽车中的一个新趋势，所以在未来的发展当中肯定会出现上升，并且整个行业将会变得不可估量的价值。

总结：一家企业能把自己营收投入到汽车研发当中去，我认为是非常好的一件事情，这不仅能让企业长久发展，更重要的是也能为推动社会发展提供良好的示范作用。因为很多企业在赚到钱之后不会加大自己在新产品的研发反而会进行其他的发展，但是吉利公司能够坚持自己的行业持久发展下去，并且保持技术上的更新，我认为这是很难得的一件事情，这也是汽车品牌发展的希望所在。

5、现在制氢技术距离达到了新能源车规模应用的经济性要求还有多远？

有研究认为，在2020年之前，全球石油产量将到达顶点，天然气产量的顶点也将在不久之后到达，其后，在全球范围内必然会迎来油价疯涨的局面。因此，寻找新型能源，改善国家能源结构变得愈发重要。在汽车界，也刮起了一股新能源风，除最近火热的纯电动汽车外，还有可持续发展的标杆——氢燃料汽车。

最初的氢能源技术，多运用于航天，进入21世纪后，普通纯电动汽车凭借成本低廉得到稳定的发展；相反，氢燃料技术近乎停滞。但氢能源，是全球公认的清洁能源，是取代化石燃料的重要研究对象，其发展也是未来能源发展的必然趋势。

2009年，松下和东芝推出了家庭燃料电池以及2014年丰田推出的Mirai燃料汽车使得氢能源再次被世界重视。随后的2015年，世界首列氢能源有轨电车在我国竣工下线，2016年本田发布Clarity Fuel Cell氢能源汽车并计划于2018年投入市场，按照设计，该车的续航里程高达750km，加氢仅需3分钟，真正做到了与传统燃油汽车相当的水平。那么，氢燃料汽车离身处中国的我们究竟还有多远？

氢燃料想要真正普及并走进我们的生活，需要从其制造、储藏以及使用几个方面逐步完善。氢气的制造方法有很多，最简单就是电解水，这种古老的方法自动化程度高，氢气纯度高，但消耗电能较多；此外还有生物制氢，利用微生物制造氢气，在常温常压的环境中进行，整个过程不会造成污染且成本低廉，现已成为世界各国氢能源发展的重要方向；另外还可以利用太阳能、风能等较不稳定能量来制氢。而在氢气的储藏上，除了传统的物理装罐等方法，还有使用金属氢化物等储氢材料来储藏的化学储藏法。相比传统的方式，化学储藏更经济也更安全，目前发现的储氢材料有合金储氢材料、碳质储氢材料等，就在前不久，中科大还成功使用石墨烯储氢。

6、氢气制造成本与石油成本贵到好多？

我猜，你关心的是：新能源汽车，到底用锂电池，还是氢燃料电池性价比高？
显然，是用磷酸锂铁电池的新能源汽车性价比高啊

7、新能源汽车的分类

新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等

8、多项政策协助2020年氢燃料汽车打破瓶颈

在车市下行的压力下，被称为“终极能源”的氢燃料汽车的销量呈现逆势上扬。2020年，随着政策的落地和技术的进步，氢燃料汽车市场有望继续成为中国车市的一抹亮色。

近日，国家统计部在其印发的最新版《能源统计报表制度》（下称《制度》）中，首度将氢气与煤炭、天然气、原油、电力、生物燃料等纳入2020年能源统计。

《制度》要求各地地方政府及相关企业、机构应当将包括氢气在内能源的“购进、消费与库存”及“加工转换与回收利用”情况进行统计及上报，而通过这两张表就可以计算出一个企业的综合能源消费量，为各级政府和部门制定方针、政策，编制能源计划，对能源经济活动和能源方针、政策、计划执行情况进行检查和监督提供数据支撑，同时该统计也将成为中央政府针对地方及企业层面进行能源考核的重要依据。

汽车行业分析师张强认为，国家通过针对氢气进行能源统计，一方面能够帮助国家在下一步针对氢气及相关产业推出补贴及扶持政策时做出参考，同时也将有利于更多投资者及资本获得信心，并加快在氢燃料经济的布局速度，有利于通过市场驱动，进一步降低氢能的相关生产及消费成本。

日前，工信部在《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》中也明确提出“燃料电池汽车实现商业化应用”的目标，指出以纯电动汽车、插电混合动力汽车、燃料电池汽车作为“三纵”的新能源汽车研发布局，明确提出要有序推进氢燃料供给体系建设，提高氢燃料制储运经济性，推进加氢基础设施建设。

据中国汽车工业协会发布的最新数据，2019年11月中国燃料电池汽车产销分别完成1426辆和1337辆，同比分别增长398.6%和375.8%。而据毕马威预测，2019年我国氢气产量或突破2000万吨，成为世界第一产氢大国。

此外，根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》显示，截至2019年11月，全国4直辖市、10省份、30个地级包括县级市发布氢能产业规划；国内氢能全产业链发生49例投资、兼并购事件，涉及总投资金额超过1000亿元，投资事件及投资额均超过过去2年的总和；中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高在中国电动汽车百人会论坛媒体沟通会期间接受第一汽车频道等媒体的采访时表示，2019年被认为是中国氢燃料的元年，一方面海外主机厂及能源巨头纷纷向中国伸出“橄榄枝”，提出一揽子规划，同时中国本土企业也正在积极介入氢能市场。

近年来，日韩主机厂在氢燃料汽车方面加速，中国主机厂也在紧追。除了较早布局氢燃料汽车的上汽集团，长城、广汽、金龙等等国内乘商用车企业也在纷纷布局氢燃料汽车，仅长城一家从2016年到2019年在氢燃料电池技术领域的投资规模就达到了12亿元。此外，国家能源集团等能源企业及产业链企业，也正在就氢能源的其他环节进行布局；欧阳明高也认为，在实验验证及商业化进程方面，虽然中国车企未达到丰田或现代等“第一梯队”的高度，但与欧美车企之间的差距并不大。

据统计数据显示，丰田持有的氢燃料电池专利技术高达10700余个，若算上电装等“丰田系”的控股企业，丰田几乎垄断了全球近50%的氢燃料电池技术专利。

现代作为全球最早布局氢燃料乘用汽车商业化的车企，业界认为其专利总数虽然少于丰田，但是在燃料电池电堆、膜电极、储氢等核心技术领域拥有技术优势。根据韩国汽车产业协会的统计数据，现代旗下氢燃料电池汽车今年的累计全球销量预计为3666辆，或将超过丰田成为年度第一。按照现代此前发布的“战略2025”显示，其2025年氢燃料电池汽车的销量将达到11万辆，并提出在除了汽车以外的交通、储能及能源再利用等层面打造“氢社会”。

目前，虽然大连化物所、清华大学、华南理工等国内科研机构在氢燃料汽车的质子交换膜、催化剂、气体扩散层等核心技术有所突破，但其面临成本较高及质量不稳定，难以达到量产条件的问题。欧阳明高指出，我国目前氢燃料电池汽车推广面临的最大挑战不是车，而是氢能的制取、储运、车载储存以及加氢站等产业链的经济性及协同效应。

此外，成本也成为阻碍氢燃料汽车推广的重要问题。目前，电堆占氢燃料电池系统总成本25％以上，而其核心材料几乎全部依赖国外厂家；在催化剂领域，国内车企的消耗量是竞争车企3~5倍，且催化剂仍依赖于海外企业。

根据日本丰田的技术路线图，其预计2025年轿车燃料电池及储氢瓶的合计成本为5万元人民币左右，加氢成本80-90元/kg，而500Km续航的纯电动的动力电池成本将下降4万元以下，氢燃料汽车的百公里运营成本远高于燃油车及纯电车，而且这还是乐观的预测。

目前，国内的氢燃料车侧重商用车，在乘用车方面与日韩差距较大，而且加氢站也受限于盈利情况，大多数源于政府投资，极少来自民间及市场推动。

明天氢能董事长王朝云在接受第一汽车频道等媒体的采访时也表示，作为一项新兴且拥有研发潜力的技术，需要由中央政府、地方政府、主机厂及相关产业链企业形成合力，共同完成技术商用化过程中的难题，才能够推进“氢社会”的到来。

欧阳明高也认为，为了要让2020年以后的氢燃料汽车真正迎来增长期，出路在于创新与应用，并指出今后五年经过国产化及技术创新，质子交换膜等核心零部件的成本有望再次下降一半。此外，应当通过优先发展起步较晚的商用车，逐步降低氢燃料电池和加氢成本，同时考虑到汽车的投资具有一定的先行性，因此从现在开始加快加氢站配套设施建设，占据技术优势是非常有必要的。

“当氢燃料电池汽车形成一定的市场规模，其量产成本就会快速下降，而中国恰恰是全球最大的汽车市场，这就为中国汽车品牌提供了很大的便利条件。”欧阳明高表示。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。