誰能問鼎未來能源？鋰電池與氫能源比一比！

鋰電池和燃料電池雖然是不同的技術路徑，但兩者都實現碳中和的主流能源方案，可以放在一起對比。終極能源是誰可以從 2 個角度去評估，一是能源利用效率，二是能源密度。前者決定了成本優勢，後者決定了應用場景廣泛性。

一、能源利用效率和能量密度的不同

1. 能源利用效率
鋰電池和燃料電池都是利用電，但鋰電池是直接用電，而氫還需要通過電轉化而來，因此氫作為二次能源，能量利用效率肯定是低的。如下圖氫燃料電池系統（左）要遠低於鋰電池，這也是馬斯克不喜歡氫能的點。

上述結論的前提是未來電力都是來自太陽能和風力等綠色電力，從新能源普及的角度看，則結論不完全一樣。

能源一直是多種並存的結構（如下圖各種曲線）。
新能源的佔比從 1% 到 10% 需要 50 年時間，綠色的石油用了 45 年，可再生能源 13 年只成長了 5% 。

如果仍以化石能源發電為主的情況下，燃料電車和電動車綜合能效其實差不多，甚至燃料電池更高。

2. 能量密度
在能量密度上，鋰電池和氫完全不是一個量級，差了 100 多倍，這是氫的優勢。從能量保存時間段來看，電池的電量流失按照天計算，氫能源按照季度、月計算的。總體來看氫能源的應用場景會比鋰電池多很多。

從轉換效率和能量密度比較後，兩者的應用場景就比較清晰了。

	鋰電池	氫燃料電池
車輛	乘用車	商用車
儲能	應用側家用、路燈	發電側再生能源、廢熱

二、氫能源和鋰電池產業的發展

1. 新能源的發展驅動力
氫能源發展階段和鋰電池非常像， 2017 年燃料電池與 2012 年鋰電池， 2002 年的光伏， 1994 年的風能，在裝機容量上是一樣的。

但新能源的驅動力很大程度源於國家政策的推動，光伏是在歐洲政策推動下慢慢做起來，鋰電池在中國和歐盟都是推動電動車帶動的。歐盟電動車銷量 2020 年是超過中國一點點的，佔新車比例也達到 10% 。雖然看起來燃料電池比鋰電池等晚了 5 年，但實際上國內外政策力度都差很多，因此實際差距要遠大於 5 年。

針對氫能源的中國國家政策主要是十城千輛，主要原因是：

範圍更小：第一期試點的城市準備要出來，基本上是北京、上海、廣州與河南、河北。
補貼力度更弱：只有 170 億（人民幣，下同），而電動車類累計的國家補貼已經達到 1,206 億（截止 2020 年 5 月），相差 7 倍。
時間更短：十城千輛的政策是 4 年，年均補貼 42.5 億，電動車 10 年，年均 120.6 億，相差 2.8 倍。

2. 兩者發展基礎的不同
氫能源和鋰電池產業所需的技術和基礎設施相當不同。電池產業經歷了最早的玩具裡的鎳氫電池，手機三元電池，從手機到公車，從低能量密度到高能量密度的乘用車，技術發展與驗證迭代是連續的。同時電動車不存在能源的問題，一開始就有很發達的電網，只要鋪好充電樁就可以獲得能源。

燃料電池在這兩端其實都不佔優勢。既沒有加氫的基礎設施，也沒有消費應用鋪陳，直接是車規級。雖然巴拉德的燃料電池在叉車上已經完全可以商用，但市場過小。因此需要從能源基礎設施和應用場景雙管齊下。

在應用上，國內是億華通在公交車上做第一步嘗試，有部分裝在商用車。（以下數據備註：日本、美國及中國的數據截至 2019 年 4 月，歐洲數據中德國數據截至 2019 年 7 月）

能源上，氫氣在整個工業體系裡面很豐富，包括工業副產氫、煤製氫和天然氣製氫，足夠支持早期的氫能源供給。主要缺乏的是加註網路，這部分很可能會通過天然氣的發展得到彌補。首先天然氣在商用車上營運的成本要比柴油車低 20% 到 30% ，現在大批量的商用車在改成天然氣，需要修建天然氣加氣站。如果改成天然氣站後，預留一些設備再改成加氫站會容易很多。

三、應用市場和車用市場

1. 應用市場對比：車用
下面是整體的碳排放量，交通佔百分之 10 幾，電力供應佔最多 44% 。

交通運輸裡乘用車其實只佔了 20% 的排放量，最大的部分其實在商務車上佔 77% 的排放。

為什麼鋰電池不適合用在商用車上？舉一個實際的例子， model3 電池重量差不多 800 公斤，低配版大約 450 多公里的續航，實際應該是 400km 左右。商用車以最近一個主機廠狂推的某款電動商用車為例， 2.5t 電池續航 190km ，以 9.6m 為例， 19t 總重量扣掉 7t 自重，還有 12t 載貨重量，但是這個續航只有 190km ，如果想做到 500km （基礎門檻）的話，至少還需要 3t 電池，這也意味著少裝 3t 貨，成本上就完全算不過來。

現在大家提出解決方案，建沿途換電站，我們認為換電站基礎設施跟加油站很像，要有企業巨頭來做，還是有難度的。所以電池商用車基本沒有實用性。

鋰電池差不多 220wh／kg左右的能量密度，只有做到半固態電池、固態電池才能做到 500wh ／kg，能量密度提高一倍之後，純電重卡才有使用價值，在 5 年之內看不到可能性。

從能源成本（充電／氫氣）來看，氫燃料車的百公里能源成本遠大於電車。目前終端氫氣價格大約是 60 元／kg，鋰電池平均 900 元／kwh。據DOE，氫氣下降到 30 元／kg時，鋰電池下降到 700 元／kwh可實現與傳統燃油車平價，很明顯，鋰電池只差 20% ，而氫則差 50% 。

2. 車用市場的發展路徑不同
新能源技術對於所有汽車主機廠而言，這是鋰電池和氫燃料兩個技術路線都是很燒錢，沒有人可以持續在兩個方向投資。因此需要根據所在市場進行針對性研發。

歐洲的車企 20 年前就開始佈局氫燃料電池，賓士（母公司 DAI-DE）、福特（F-US）與日產在加拿大合資公司開發燃料電池。德國車企一直是在用柴油路線走清潔能源去達標歐盟的標準，加氫站的缺乏，使得燃料電池應用一直不落地。當排放門事件發生後，歐系主機廠有個技術的斷檔，開始迅速的轉向電動車。大眾最積極，因為大眾在新能源和燃料電池上的累積都不夠多。賓士也放棄了在乘用車使用氫燃料電池的技術路線。但戴姆勒（DAI-DE）和 Volvo 又合資開發商用車的氫燃料電池。

美國則完全走的電動車路線，美國整體的能源網路非常市場化。政府只給了購車的補貼，並沒有補貼修建加氫站，因此氫能源很難發展起來。中國的電網、發電、石油等企業都是國營企業，加上足夠大的國內市場，是可以支持鋰電池與氫能源兩個方向發展的。於是國內氫市場是在 2018 年李克強總理去日本考察之後才開始啟動。

堅持氫路線的豐田（7203-JP ）和現代，所在的日本和韓國的市場很小，其實豐田和現代都可以看出把美國當成主要市場的主機廠。因此我們認為商用車將主要用得是氫能源。

四、應用市場對比：儲能

從效率角度：
光伏發電後利用鋰電池儲能：光伏發電的效率基本上是 20% ，然後加上鋰電池的損耗 10% 的的話，就是 18% 的效率。

光伏發電後（ 18% ） -電解槽電解水製氫（ 80% ） -氫儲能-需要時再用氫燃料電池系統發電（ 60% ），這個是氫儲能的鏈條。算下來 16% * 60% ≈ 9.6% 的效率。

從成本角度：
現在鋰電池的度電成本（每儲存一度電的成本），用在光伏或者風能上，最好的能做到四毛左右，梯次利用即汽車上用的鋰電池淘汰下來之後最大的兩個用途，一個是變成外賣小哥三輪車上的電池，或做鐵塔儲能、或做路燈用。這種電池差不多也要 200 到 300 ，基本上是兩毛多／kwh的成本。

為什麼未來的鋰電池做下來還要兩毛多的成本呢？鋰電池在過去這些年其實降低了 80% 的成本，但是儲能成本並不是線性下降，鋰電池的規模越大，耗電量和成本都越高。氫電池相反，規模越大、單個罐子越大就上壓縮機越經濟。長期看燃料電池絕對是碾壓鋰電池的。

當然還有市場孵化的問題，美國由於電網市場化，電價大概是中國的 8 倍，所以美國消費者有動力進行波峰波谷的儲能和調節。但中國不一樣，零售端價格幾毛，商業端一元多，所以中國的儲能並不會發生個人端。中國儲能其實更多會放到發電端，中國儲能裝備會更加大型化和集中化。觀察韓國和日本走的技術路線，他們就在發電端，包括用熱電站的廢熱等。

1. 兩者的投資邏輯
鋰電池產量很大，新車年銷量 2000 萬輛，產業鏈上每個公司的規模足夠大，因此頭部公司的規模大，技術強可以形成很強的馬太效應。因此鋰電池產業的發展規律很適合參考太陽能板。

國內最大做單晶矽的隆基股份董事長說過 2 個觀點：

要賭理論值轉化效率最高的技術路線，所以他選單晶矽，單晶矽當年的轉化效率其實遠遠不如多晶矽。
技術不領先不盲目擴產，因為所有都擴產與技術升級老產能很快被淘汰。

在技術路線上，鋰電池未來技術的固態電池也有多個方向，短期的改進也有多個技術方向，如下圖。

黃色的三元的技術路線是高鎳，比如常見的 ncm811 ，現在又開始做無鈷，這兩個技術線的瓶頸都在 280 之內，下一步突破一定在正極材料上做 4 元或者新三元。
紅色的磷酸鐵鋰的理論值非常低，由於成本非常有優勢，適合短距離的低階車型，等到三五年後高能量密度電池價格降下來之後，才會對磷酸鐵鋰有競爭壓力。

在擴產上，電池產業會投大量固定資產，基本上國產設備投 1GWH 需要 1.5 億元，進口就需要 2～2.5 億元。現在看到每一家的計劃至少都是在 3 年之內要投進 150 到 200 億元進去。大額固定資產的問題是到底這條生產線可以用多久？如以前的太陽能板都是標准設備，新一代設備出來後，老設備就被淘汰了。車規級鋰電池也一樣，如果不升級設備的話，成本沒有任何優勢，整個生產線會變成一個巨大的包袱，折舊本來預計 10 年，但可能就 3 年就廢了。

特別是 10 年之內技術不斷演變，售價不斷下降的情況下，能自研設備的廠商才可以極大的延長設備的使用時間，改進工藝和材料後，可以再去技改生產線，寧德和比亞迪（002594-CN ）都跟上游設備廠有很大的深入合作去做技術改造。包括像中航鋰電、蜂巢（蜂巢是長城汽車（ 601633-CN ）下面的動力電池事業部獨立出來的公司），都做了非常多的改造，這些公司還能玩下半場，有些上市公司這塊投入的資源和技術儲備不夠，可能兩三年之內就會被淘汰，所以鋰電池要買龍頭。

燃料電池和電池邏輯完全不一樣，燃料電池更像燃氣供暖產業，典型的公司比如新奧燃氣。通過不斷的做項目，累積現金流，再去投新項目，收購新的項目來滾動。畢竟整個卡車的保有量才 3600 萬，而不是乘用車的 2.4 億，單靠一個環節是很難養活公司的。

為什麼要有這個模式？氫能源有一個死亡谷，在規模沒有達到一定的數量之前，整個商業鏈條都會虧損且現金流一直是負的。這個過程會多痛苦？美國能源署DOE估算年產 10 萬台時才能實現與電車平價，中國現在才 1000 多台／年。由於死亡谷要靠國家補貼，而國家補貼是針對性落地的，且加氫站不可能大規模修建也需要針對性修建。

因此我們判斷：未來氫燃料電池公司要活下來，也必須是一個個地方拿項目，建加氫站與裝車。而且如果營運的不出問題，一個公司拿了一個地方，其他家就不太可能拿到。這意味著未來 4 ~ 10 年的補貼都被佔據了，因此氫燃料電池的發展模式很類似燃氣供暖公司。

這裡舉個典型例子美國氫燃料電池重卡公司 Nikola ，它的模式就是客戶買車後不用管加氫，公司與合作夥伴修好加氫站，同時與物流公司合作（車也可以租賃），在物流公司兩端的倉庫設好加氫站，保證每一條線路跑下來客戶算帳足夠經濟的。這種全鏈條總包的角色相當於所有商業化的虧損 Nikola 來背負，這些燒的錢又是其通過資本市場融資來支撐的，因此其號稱是卡車屆的Tesla。這個模式也非常具有美國特色，其實與國中國方政府大金額投資車企很類似，如合肥投資蔚來。

現在看，國內基本沒有公司能做到 Nikola 這樣。燃料電池的推動主要是電堆廠，主機廠只是一個代工方，但是國內燃料電池廠除了技術外，其他能力都較弱。雖然 Nikola 做的事看似簡單其實很難，需要會技術研發、整車集成、開發終端客戶、修加氫站。

2. 兩者上游設備的投資機會
鋰電池上游材料的集中性比較高。設備廠分前中後 3 段，各佔 433 的比例。

前段設備集中度非常高，比如塗佈機基本上在前端佔 75% ，國產化率非常高，核心的塗佈用的頭要做到 0.3 的精度，基本上就 LG 能做到，部分核心零組件還是要進口，但是整體產業鏈已經國產化，可以較好的配合電池廠進行研發，這部分更新較慢基本要 6 年。

中段設備是組裝機，這是現在電池生產效率的主要瓶頸，也是升級最快的部分，中國國內基本 4 年全換。之前組裝技術分成圓柱形的捲繞和方形的疊片，下一代的熱複合堆疊技術其實可以海放這 2 種，不但增加電池的循環使用壽命和能量密度，效率更高所以還降低成本。但一直礙於 LG 的專利沒法普及，好消息是專利 2020 年 2 月已到期，比亞迪推出的刀片電池就是基於這種技術。

後段是化成分容。鋰電池做出來後，裡面的化學材料需要經過一次充放電才能使材料形成鈍化，需要有充電放電的設備，這個設備也會檢測電壓一致性，用一致性高的電池裝車。這個地方也有一些公司做，就不具體說了，我們認為中端會有比較好的自研和提升的空間，不會像其他兩個環節會有一些卡脖子的核心路線。

氫燃料電池的設備可以看下哪些環節是降低成本的關鍵。按 DOE 的估算，要降低成本的幾個著手點在於：空氣壓縮機，雙極板、整個系統設計和集成、空氣加濕器、低鉑或無鉑技術等。燃料電池每個環節比較分散，且國產化程度還很低，基本上都還在國外。

最後share一個有意思的資訊：特斯拉（TSLA-US）挖的人主要是博世和 SAFT，以前做燃料電池和氫氟酸電池。

《虎嗅網》授權轉載

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