鋰電和燃料電池雖然是不同的技術路徑，但兩者都實現(xiàn)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兩個角度去評估，一是能源利用效率，二是能源密度。前者決定了成本優(yōu)勢，后者決定了應用場景廣泛性。
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(tǒng)（左）要遠低于鋰電池，這也是馬斯克diss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。
2.新能源的占比從1%到10%需要50年時間。綠色的石油用了45年，可再生能源13年只增長了5%。
如果仍以化石能源發(fā)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。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(yōu)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?？傮w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后，兩者的應用場景就比較清晰了。
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年的風能，在裝機容量上是一樣的。
但新能源的驅(qū)動力很大程度源于國家政策的推動，光伏是在歐洲政策推動下慢慢做起來，鋰電池是中國和歐盟推動電動車帶動的。歐盟電動車銷量2020年是超過中國一點點的，占新車比例也達到10%。
雖然看起來氫能源燃料電池比鋰電池等晚了5年，但實際上國內(nèi)和國外政策力度都差很多，因此實際差距要遠大于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的城市準備要出來，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，而電動車類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。氫能源和鋰電池行業(yè)所需的技術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，從低能量密度到高能量密度的乘用車，技術發(fā)展與驗證迭代是連續(xù)的。同時電動車不存在能源的問題，一開始就有很發(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都不占優(yōu)勢。既沒有加氫的基礎設施，也沒有消費應用鋪墊，直接是車規(guī)級。雖然巴拉德的燃料電池在叉車上已經(jīng)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(nèi)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(shù)據(jù)備注：日本、美國及中國的數(shù)據(jù)截至2019年4月，歐洲數(shù)據(jù)中德國數(shù)據(jù)截至2019年7月）
能源上，氫氣在整個工業(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。這部分很可能會通過天然氣的發(fā)展得到彌補。首先天然氣在商用車上運營的成本要比柴油車低20%到30% ，現(xiàn)在大批量的商用車在改成天然氣，需要修建天然氣加氣站。如果改成天然氣站后，預留一些設備再改成加氫站會容易很多。
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%。
交通運輸里乘用車其實只占了20%的排放量，最大的部分其實在商務車上占~77%的排放。
為什么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~450多公里的續(xù)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(xù)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(xù)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?，F(xiàn)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(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值，在5年之內(nèi)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于電車。目前終端氫氣價格~60元/kg，鋰電池平均900元/kwh。據(jù)DOE，氫氣下降到30元/kg時，鋰電池下降到700元/kwh可實現(xiàn)與傳統(tǒng)燃油車平價，很明顯，鋰電池只差20%，而氫則差50%。新能源技術對于所有汽車主機廠而言，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(xù)在兩個方向投資。因此需要根據(jù)所在市場進行針對性研發(fā)。
歐洲的車企20年前就開始布局氫燃料電池，奔馳+福特+日產(chǎn)在加拿大合資公司開發(fā)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，使得氫能源燃料電池應用一直不落地。當排放門事件發(fā)生后，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積累都不夠多。奔馳也放棄了在乘用車使用氫燃料電池的技術路線。但戴姆勒和沃爾沃又合資開發(fā)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(wǎng)絡非常市場化。政府只給了購車的補貼，并沒有補貼修建加氫站，因此氫能源很難發(fā)展起來。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(nèi)市場，是可以支持鋰電池+氫能源兩個方向發(fā)展的。于是國內(nèi)氫市場是在2018年李克強總理去日本考察之后才開始啟動。堅持氫路線的豐田和現(xiàn)代，所在的日本和韓國的市場很小，其實豐田和現(xiàn)代都可以看出把美國當成主要市場的主機廠。因此我們認為乘用車的主流，商用車將是氫能源。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，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-需要時再用氫燃料電池系統(tǒng)發(fā)電（60%），這個是氫儲能的鏈條。算下來16%*60%≈9.6%的效率。
現(xiàn)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后最大的兩個用途，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，但是儲能成本并不是線性下降，鋰電池的規(guī)模越大，耗電量和成本都越高。氫電池相反，規(guī)模越大、單個罐子越大就上壓縮機越經(jīng)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，美國由于電網(wǎng)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(diào)節(jié)。但中國不一樣，零售端價格幾毛，商業(yè)端一元多，所以中國的儲能并不會發(fā)生個人端。中國儲能其實更多會放到發(fā)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(fā)電端，包括用熱電站的廢熱等。鋰電池產(chǎn)量很大，新車年銷量2000萬輛 ，產(chǎn)業(yè)鏈上每個公司的規(guī)模足夠大，因此頭部公司的規(guī)模大，技術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(guī)律很適合參考太陽能板。國內(nèi)最大做單晶硅的隆基股份董事長說過兩個觀點：1.要賭理論值轉化效率最高的技術路線，所以他選單晶硅，單晶硅當年的轉化效率其實遠遠不如多晶硅。
2.技術不領先不盲目擴產(chǎn)，因為所有都擴產(chǎn)+技術升級老產(chǎn)能很快被淘汰。
在技術路線上，鋰電池未來技術的固態(tài)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(xiàn)在又開始做無鈷，這兩個技術線的瓶頸都在280之內(nèi)，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型，等到三五年后高能量密度電池價格降下來之后，才會對磷酸鐵鋰有競爭壓力。
在擴產(chǎn)上，電池行業(yè)會投大量固定資產(chǎn)，上一期講過基本上國產(chǎn)設備投1GWH需要1.5億元，進口就需要2-2.5億元。現(xiàn)在看到每一家的計劃至少都是在3年之內(nèi)要投進150到200億元進去。
大額固定資產(chǎn)的問題是到底這條生產(chǎn)線可以用多久？如以前的太陽能板都是標準設備，新一代設備出來后，老設備就被淘汰了。車規(guī)級鋰電池也一樣，如果不升級設備的話，成本沒有任何優(yōu)勢，整個生產(chǎn)線會變成一個巨大的包袱，折舊本來預計十年，但可能就三年就廢了。特別是10年之內(nèi)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，改進工藝和材料后，可以再去技改生產(chǎn)線，寧德和比亞迪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（蜂巢是長城汽車下面的動力電池事業(yè)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(nèi)就會被淘汰，所以鋰電池要買龍頭。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。通過不斷的做項目，累積現(xiàn)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(huán)節(jié)是很難養(yǎng)活公司的。為什么要有這個模式？氫能源有一個死亡谷，在規(guī)模沒有達到一定的數(shù)量之前，整個商業(yè)鏈條都會虧損且現(xiàn)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(chǎn)10萬臺時才能實現(xiàn)與電車平價，中國現(xiàn)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(guī)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+裝車。而且如果運營的不出問題，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年的補貼都被占據(jù)了。因此氫燃料電池的發(fā)展模式很類似燃氣供暖公司。這里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后不用管加氫，公司與合作伙伴修好加氫站，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，其實與國內(nèi)地方政府大金額投資車企很類似，如合肥投資蔚來。現(xiàn)在看，國內(nèi)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(nèi)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(fā)、整車集成、開發(fā)終端客戶、修加氫站。鋰電池上游材料的集中性比較高。設備廠分前中后三段，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進行研發(fā)。這部分更新較慢基本要6年。
- 中段設備是組裝機，這是現(xiàn)在電池生產(chǎn)效率的主要瓶頸，也是升級最快的部分，國內(nèi)基本4年全換。之前組裝技術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其實可以吊打這兩種，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的專利沒法普及，好消息是專利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。
- 后段是化成分容。鋰電池做出來后，里面的化學材料需要經(jīng)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(huán)節(jié)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(huán)節(jié)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于：空氣壓縮機，雙極板、整個系統(tǒng)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(huán)節(jié)比較分散，且國產(chǎn)化程度還很低，基本上都還在國外。
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