鋰電和燃料電池雖然是不同的技術(shù)路徑，但兩者都實(shí)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(shuí)可以從兩個(gè)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(yōu)勢，后者決定了應用場(chǎng)景廣泛性。
鋰電池和氫能源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(guò)電轉化而來(lái)，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）要遠低于鋰電池，這也是馬斯克diss氫能的點(diǎn)。上述結論的前提是未來(lái)電力都是來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)力等綠色電力，從新能源普及的角度看，則結論不完全一樣。
1.能源一直是多種并存的結構，如下圖各種曲線(xiàn)。2.新能源的占比從1%到10%需要50年時(shí)間。綠色的石油用了45年，可再生能源13年只增長(cháng)了5%。
如果仍以化石能源發(fā)電為主的情況下，燃料電車(chē)和電動(dòng)車(chē)綜合能效其實(shí)差不多，甚至燃料電池更高。在能量密度上，鋰電池和氫完全不是一個(gè)量級，差了100多倍，這是氫的優(yōu)勢。從能量保存時(shí)間段來(lái)看，電池的電量流失按照天計算，氫能源按照季度、月計算的?？傮w看氫能源的應用場(chǎng)景會(huì )比鋰電池多很多。從轉換效率和能量密度比較后，兩者的應用場(chǎng)景就比較清晰了。
氫能源發(fā)展階段和鋰電池非常像，2017年氫能源燃料電池與2012年鋰電池，2002年的光伏，1994年的風(fēng)能，在裝機容量上是一樣的。
但新能源的驅動(dòng)力很大程度源于國家政策的推動(dòng)，光伏是在歐洲政策推動(dòng)下慢慢做起來(lái)，鋰電池是中國和歐盟推動(dòng)電動(dòng)車(chē)帶動(dòng)的。歐盟電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量2020年是超過(guò)中國一點(diǎn)點(diǎn)的，占新車(chē)比例也達到10%。
雖然看起來(lái)氫能源燃料電池比鋰電池等晚了5年，但實(shí)際上國內和國外政策力度都差很多，因此實(shí)際差距要遠大于5年。針對氫能源的國家政策主要是十城千輛：一是范圍更?。旱谝黄谠圏c(diǎn)的城市準備要出來(lái)，基本上是北京、上海、廣州+河南、河北。二是補貼力度更弱：只有170億，而電動(dòng)車(chē)類(lèi)累計的國家補貼已經(jīng)達到1206億（截止2020年5月），相差7倍。三是時(shí)間更短：十城千輛的政策是4年，年均補貼42.5億，電動(dòng)車(chē)10年，年均120.6億，相差2.8倍。氫能源和鋰電池行業(yè)所需的技術(shù)和基礎設施有很大不同。電池行業(yè)經(jīng)歷了最早的玩具里的鎳氫電池，手機三元電池，從手機到公交車(chē)，從低能量密度到高能量密度的乘用車(chē)，技術(shù)發(fā)展與驗證迭代是連續的。同時(shí)電動(dòng)車(chē)不存在能源的問(wèn)題，一開(kāi)始就有很發(fā)達的電網(wǎng)，只要鋪好充電樁就可以獲得能源。氫能源燃料電池在這兩端其實(shí)都不占優(yōu)勢。既沒(méi)有加氫的基礎設施，也沒(méi)有消費應用鋪墊，直接是車(chē)規級。雖然巴拉德的燃料電池在叉車(chē)上已經(jīng)完全可以商用，但市場(chǎng)過(guò)小。因此需要從能源基礎設施和應用場(chǎng)景雙管齊下。在應用上，國內是億華通在公交車(chē)上做第一步嘗試，有部分裝在商用車(chē)。（以下數據備注：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(gè)工業(yè)體系里面很豐富，包括工業(yè)副產(chǎn)氫、煤制氫和天然氣制氫，足夠支持早期的氫能源供給。主要缺乏的是加注網(wǎng)絡(luò )。這部分很可能會(huì )通過(guò)天然氣的發(fā)展得到彌補。首先天然氣在商用車(chē)上運營(yíng)的成本要比柴油車(chē)低20%到30% ，現在大批量的商用車(chē)在改成天然氣，需要修建天然氣加氣站。如果改成天然氣站后，預留一些設備再改成加氫站會(huì )容易很多。
下面是整體的碳排放量，交通占百分之十幾，電力供應占最多44%。
交通運輸里乘用車(chē)其實(shí)只占了20%的排放量，最大的部分其實(shí)在商務(wù)車(chē)上占~77%的排放。
為什么鋰電池不適合用在商用車(chē)上？舉一個(gè)實(shí)際的例子，model3電池重量差不多800公斤，低配版~450多公里的續航，實(shí)際應該是400km左右。商用車(chē)以最近一個(gè)主機廠(chǎng)狂推的某款電動(dòng)商用車(chē)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(gè)續航只有190km，如果想做到500km（基礎門(mén)檻）的話(huà)，至少還需要3t電池，這也意味著(zhù)少裝3t貨，成本上就完全算不過(guò)來(lái)?，F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(yè)巨頭來(lái)做，還是有難度的。所以電池商用車(chē)基本沒(méi)有實(shí)用性。
鋰電池差不多220wh/kg左右的能量密度，只有做到半固態(tài)電池、固態(tài)電池才能做到500wh/kg，能量密度提高一倍之后，純電重卡才有使用價(jià)值，在5年之內看不到可能性。從能源成本（充電/氫氣）來(lái)看，氫燃料車(chē)的百公里能源成本遠大于電車(chē)。目前終端氫氣價(jià)格~60元/kg，鋰電池平均900元/kwh。據DOE，氫氣下降到30元/kg時(shí)，鋰電池下降到700元/kwh可實(shí)現與傳統燃油車(chē)平價(jià)，很明顯，鋰電池只差20%，而氫則差50%。車(chē)用市場(chǎng)的發(fā)展路徑不同
新能源技術(shù)對于所有汽車(chē)主機廠(chǎng)而言，鋰電池和氫燃料兩個(gè)技術(shù)路線(xiàn)都是很燒錢(qián)，沒(méi)有人可以持續在兩個(gè)方向投資。因此需要根據所在市場(chǎng)進(jìn)行針對性研發(fā)。
歐洲的車(chē)企20年前就開(kāi)始布局氫燃料電池，奔馳+福特+日產(chǎn)在加拿大合資公司開(kāi)發(fā)燃料電池。德國車(chē)企一直是在用柴油路線(xiàn)走清潔能源去達標歐盟的標準，加氫站的缺乏，使得氫能源燃料電池應用一直不落地。當排放門(mén)事件發(fā)生后，歐系主機廠(chǎng)有個(gè)技術(shù)的斷檔，開(kāi)始迅速的轉向電動(dòng)車(chē)。大眾最積極，因為大眾在新能源和燃料電池上的積累都不夠多。奔馳也放棄了在乘用車(chē)使用氫燃料電池的技術(shù)路線(xiàn)。但戴姆勒和沃爾沃又合資開(kāi)發(fā)商用車(chē)的氫燃料電池。美國則完全走的電動(dòng)車(chē)路線(xiàn)，美國整體的能源網(wǎng)絡(luò )非常市場(chǎng)化。政府只給了購車(chē)的補貼，并沒(méi)有補貼修建加氫站，因此氫能源很難發(fā)展起來(lái)。中國的電網(wǎng)、發(fā)電、石油等企業(yè)都是國企，加上足夠大的國內市場(chǎng)，是可以支持鋰電池+氫能源兩個(gè)方向發(fā)展的。于是國內氫市場(chǎng)是在2018年李克強總理去日本考察之后才開(kāi)始啟動(dòng)。堅持氫路線(xiàn)的豐田和現代，所在的日本和韓國的市場(chǎng)很小，其實(shí)豐田和現代都可以看出把美國當成主要市場(chǎng)的主機廠(chǎng)。因此我們認為乘用車(chē)的主流，商用車(chē)將是氫能源。光伏發(fā)電后利用鋰電池儲能：光伏發(fā)電的效率基本上是20%，然后加上鋰電池的損耗10%的的話(huà)，就是18%的效率。光伏發(fā)電后（18%）-電解槽電解水制氫（80%）-氫儲能-需要時(shí)再用氫燃料電池系統發(fā)電（60%），這個(gè)是氫儲能的鏈條。算下來(lái)16%*60%≈9.6%的效率。
現在鋰電池的度電成本（每?jì)Υ嬉欢入姷某杀荆?，用在光伏或者風(fēng)能上，最好的能做到四毛左右，梯次利用即汽車(chē)上用的鋰電池淘汰下來(lái)之后最大的兩個(gè)用途，一個(gè)是變成外賣(mài)小哥三輪車(chē)上的電池，或做鐵塔儲能、或路燈用。這種電池差不多也要200到300，基本上是兩毛多/kwh的成本。為什么未來(lái)的鋰電池做下來(lái)還要兩毛多的成本呢？鋰電池在過(guò)去這些年其實(shí)降低了80%的成本，但是儲能成本并不是線(xiàn)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(gè)罐子越大就上壓縮機越經(jīng)濟。長(cháng)期看燃料電池絕對是碾壓鋰電池的。
當然還有市場(chǎng)孵化的問(wèn)題，美國由于電網(wǎng)市場(chǎng)化，電價(jià)大概是中國的8倍，所以美國消費者有動(dòng)力進(jìn)行波峰波谷的儲能和調節。但中國不一樣，零售端價(jià)格幾毛，商業(yè)端一元多，所以中國的儲能并不會(huì )發(fā)生個(gè)人端。中國儲能其實(shí)更多會(huì )放到發(fā)電端，中國儲能裝備會(huì )更加大型化和集中化。觀(guān)察韓國和日本走的技術(shù)路線(xiàn)，他們就在發(fā)電端，包括用熱電站的廢熱等。鋰電池產(chǎn)量很大，新車(chē)年銷(xiāo)量2000萬(wàn)輛 ，產(chǎn)業(yè)鏈上每個(gè)公司的規模足夠大，因此頭部公司的規模大，技術(shù)強可以形成很強的馬太效應。因此鋰電池行業(yè)的發(fā)展規律很適合參考太陽(yáng)能板。國內最大做單晶硅的隆基股份董事長(cháng)說(shuō)過(guò)兩個(gè)觀(guān)點(diǎn)：1.要賭理論值轉化效率最高的技術(shù)路線(xiàn)，所以他選單晶硅，單晶硅當年的轉化效率其實(shí)遠遠不如多晶硅。
2.技術(shù)不領(lǐng)先不盲目擴產(chǎn)，因為所有都擴產(chǎn)+技術(shù)升級老產(chǎn)能很快被淘汰。
在技術(shù)路線(xiàn)上，鋰電池未來(lái)技術(shù)的固態(tài)電池也有多個(gè)方向，短期的改進(jìn)也有多個(gè)技術(shù)方向，如下圖。
- 黃色的三元的技術(shù)路線(xiàn)是高鎳，比如常見(jiàn)的ncm811，現在又開(kāi)始做無(wú)鈷，這兩個(gè)技術(shù)線(xiàn)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，由于成本非常有優(yōu)勢，適合短距離的低端車(chē)型，等到三五年后高能量密度電池價(jià)格降下來(lái)之后，才會(huì )對磷酸鐵鋰有競爭壓力。
在擴產(chǎn)上，電池行業(yè)會(huì )投大量固定資產(chǎn)，上一期講過(guò)基本上國產(chǎn)設備投1GWH需要1.5億元，進(jìn)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(jìn)150到200億元進(jìn)去。
大額固定資產(chǎn)的問(wèn)題是到底這條生產(chǎn)線(xiàn)可以用多久？如以前的太陽(yáng)能板都是標準設備，新一代設備出來(lái)后，老設備就被淘汰了。車(chē)規級鋰電池也一樣，如果不升級設備的話(huà)，成本沒(méi)有任何優(yōu)勢，整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)會(huì )變成一個(gè)巨大的包袱，折舊本來(lái)預計十年，但可能就三年就廢了。特別是10年之內技術(shù)不斷演變，售價(jià)不斷下降的情況下，能自研設備的廠(chǎng)商才可以極大的延長(cháng)設備的使用時(shí)間，改進(jìn)工藝和材料后，可以再去技改生產(chǎn)線(xiàn)，寧德和比亞迪都跟上游設備廠(chǎng)有很大的深入合作去做技術(shù)改造。包括像中航鋰電、蜂巢（蜂巢是長(cháng)城汽車(chē)下面的動(dòng)力電池事業(yè)部獨立出來(lái)的公司），都做了非常多的改造，這些公司還能玩下半場(chǎng)，有些上市公司這塊投入的資源和技術(shù)儲備不夠，可能兩三年之內就會(huì )被淘汰，所以鋰電池要買(mǎi)龍頭。氫能源燃料電池和電池邏輯完全不一樣，燃料電池更像燃氣供暖行業(yè)，典型的公司比如新奧燃氣。通過(guò)不斷的做項目，累積現金流，再去投新項目，收購新的項目來(lái)滾動(dòng)。畢竟整個(gè)卡車(chē)的保有量才3600萬(wàn)，而不是乘用車(chē)的2.4億，單靠一個(gè)環(huán)節是很難養活公司的。為什么要有這個(gè)模式？氫能源有一個(gè)死亡谷，在規模沒(méi)有達到一定的數量之前，整個(gè)商業(yè)鏈條都會(huì )虧損且現金流一直是負的。這個(gè)過(guò)程會(huì )多痛苦？美國能源署DOE估算年產(chǎn)10萬(wàn)臺時(shí)才能實(shí)現與電車(chē)平價(jià)，中國現在才1000多臺/年。由于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(lái)氫燃料電池公司要活下來(lái)，也必須是一個(gè)個(gè)地方拿項目，建加氫站+裝車(chē)。而且如果運營(yíng)的不出問(wèn)題，一個(gè)公司拿了一個(gè)地方，其他家就不太可能拿到。這意味著(zhù)未來(lái)4~10年的補貼都被占據了。因此氫燃料電池的發(fā)展模式很類(lèi)似燃氣供暖公司。這里舉個(gè)典型例子美國氫燃料電池重卡公司Nikola，它的模式就是客戶(hù)買(mǎi)車(chē)后不用管加氫，公司與合作伙伴修好加氫站，同時(shí)與物流公司合作（車(chē)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(xiàn)路跑下來(lái)客戶(hù)算賬足夠經(jīng)濟的。這種全鏈條總包的角色相當于所有商業(yè)化的虧損Nikola來(lái)背負，這些燒的錢(qián)又是其通過(guò)資本市場(chǎng)融資來(lái)支撐的，因此其號稱(chēng)是卡車(chē)屆的Tesla。這個(gè)模式也非常具有美國特色，其實(shí)與國內地方政府大金額投資車(chē)企很類(lèi)似，如合肥投資蔚來(lái)。現在看，國內基本沒(méi)有公司能做到Nikola這樣。燃料電池的推動(dòng)主要是電堆廠(chǎng)，主機廠(chǎng)只是一個(gè)代工方，但是國內燃料電池廠(chǎng)除了技術(shù)外，其他能力都較弱。雖然Nikola做的事看似簡(jiǎn)單其實(shí)很難，需要會(huì )技術(shù)研發(fā)、整車(chē)集成、開(kāi)發(fā)終端客戶(hù)、修加氫站。鋰電池上游材料的集中性比較高。設備廠(chǎng)分前中后三段，各占433的比例。
- 前段設備集中度非常高，比如涂布機基本上在前端占75%，國產(chǎn)化率非常高，核心的涂布用的頭要做到0.3 的精度，基本上就LG能做到，部分核心零部件還是要進(jìn)口，但是整體產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)國產(chǎn)化，可以較好的配合電池廠(chǎng)進(jìn)行研發(fā)。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(chǎn)效率的主要瓶頸，也是升級最快的部分，國內基本4年全換。之前組裝技術(shù)分成圓柱形的卷繞和方形的疊片，下一代的熱復合堆疊技術(shù)其實(shí)可以吊打這兩種，不但增加電池的循環(huán)使用壽命和能量密度，效率更高所以還降低成本。但一直礙于LG的專(zhuān)利沒(méi)法普及，好消息是專(zhuān)利2020年2月已經(jīng)到期，比亞迪立馬推出的刀片電池就是基于這種技術(shù)。
- 后段是化成分容。鋰電池做出來(lái)后，里面的化學(xué)材料需要經(jīng)過(guò)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(gè)設備也會(huì )檢測電壓一致性，用一致性高的電池裝車(chē)。這個(gè)地方也有一些公司做，就不具體說(shuō)了，我們認為中端會(huì )有比較好的自研和提升的空間，不會(huì )像其他兩個(gè)環(huán)節會(huì )有一些卡脖子的核心路線(xiàn)。
氫燃料電池的設備可以看下哪些環(huán)節是降低成本的關(guān)鍵。按DOE的估算，要降低成本的幾個(gè)著(zhù)手點(diǎn)在于：空氣壓縮機，雙極板、整個(gè)系統設計和集成、空氣加濕器、低鉑或無(wú)鉑技術(shù)等。燃料電池每個(gè)環(huán)節比較分散，且國產(chǎn)化程度還很低，基本上都還在國外。
來(lái)源：愛(ài)思考的柚子 作者：彭程柚子投資合伙人
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