北美公司也將命運(yùn)押注在燃料鋰電池及其商業(yè)化應(yīng)用上，與日系公司展開(kāi)一場(chǎng)面向燃料鋰電池的話語(yǔ)權(quán)爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

在過(guò)去一到兩年里，鋰離子二次電池（LIB）和電動(dòng)汽車(chē)（EV）成為社會(huì)的焦點(diǎn)，在日本甚至有許多技術(shù)人員認(rèn)為燃料鋰電池(FC)和燃料鋰電池汽車(chē)（FCV）已經(jīng)失去擴(kuò)張方向。然而，與這一觀點(diǎn)相反的事實(shí)是，F(xiàn)C在某些特殊使用場(chǎng)景迅速蔓延。在某些現(xiàn)有二次電池難以滿足條件的用途中，采用FC替換現(xiàn)有2次電池的趨勢(shì)逐漸明顯。

不僅如此，北美公司也將命運(yùn)押注在燃料鋰電池及其商業(yè)化應(yīng)用上。雖然日系公司一直對(duì)燃料鋰電池不離不棄，也極力提高它的地位，但其他海外公司正在與日系公司展開(kāi)一場(chǎng)面向燃料鋰電池的話語(yǔ)權(quán)爭(zhēng)奪戰(zhàn)。

燃料鋰電池的多種商業(yè)化用途

圖1顯示了迅速上升的采用燃料鋰電池（FC）的用途或未來(lái)采用可能性很高的一些用途。

1)在現(xiàn)有叉車(chē)車(chē)型中，包括豐田品牌車(chē)型搭載的都是美國(guó)PlugPower公司制造的FC電源，2017年美國(guó)Amazon和沃爾瑪開(kāi)始大量引進(jìn)(a)。

2)2018年豐田汽車(chē)開(kāi)始開(kāi)發(fā)FC叉車(chē)，在豐田位于愛(ài)知縣豐田市的元町廠導(dǎo)入了20臺(tái)試驗(yàn)機(jī)型（b）。

3)建立了專用的氫氣站。無(wú)人機(jī)的場(chǎng)合假如采用當(dāng)下的鋰離子充電電池大約只能持續(xù)飛行15~30分鐘，但假如替換成FC電源的話甚至有機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)2小時(shí)飛行（C，d）。

4)FC巴士的引入重要在我國(guó)（e，f）進(jìn)行。

5)日本東京站和臺(tái)場(chǎng)之間也有五輛FC公交車(chē)。7-11采用豐田開(kāi)發(fā)的FCV，美國(guó)聯(lián)邦快遞公司則采用了PlugPower公司與美國(guó)Workhorse共同開(kāi)發(fā)的FCV車(chē)型，進(jìn)行了試運(yùn)營(yíng)（g，h）。

6)在德國(guó)，列車(chē)的非電氣化率很高，因?yàn)樗燃茉O(shè)電線成本低，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始采用FC列車(chē)取代傳統(tǒng)的柴油火車(chē)（i）。

圖1：燃料鋰電池在一些特殊應(yīng)用上開(kāi)始實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)

在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)不分晝夜作業(yè)的叉車(chē)是燃料鋰電池其中一個(gè)用途，這些叉車(chē)由于禁止排放廢氣，很早開(kāi)始就被轉(zhuǎn)換為電力。但是最近，采用FC替代用作驅(qū)動(dòng)電源的鉛（Pb）蓄電池的案例快速新增。據(jù)說(shuō)超過(guò)20,000輛叉車(chē)已經(jīng)采用“FC叉車(chē)”。

驅(qū)動(dòng)這一轉(zhuǎn)變的是成立于1997年的美國(guó)燃料鋰電池設(shè)備制造商PlugPower，直到2012年這家公司都是默默無(wú)聞，但2013年起他先后與美國(guó)的沃爾瑪和亞馬遜Amazon簽訂了數(shù)千萬(wàn)美金規(guī)模的巨大訂單。此外，還得到了亞馬遜的投資。持續(xù)3年入選美國(guó)德勤會(huì)計(jì)師事務(wù)所（Deloitte）統(tǒng)計(jì)的全美增速最快的科技公司500強(qiáng)（2015-2017）名單。此名單中出現(xiàn)的大多數(shù)項(xiàng)目都是專注于硅谷的IT公司，從屬遠(yuǎn)離IT的制造行業(yè)，且創(chuàng)業(yè)已經(jīng)20年的公司被當(dāng)選，這是極其少見(jiàn)的。

推出FC叉車(chē)的重要原因之一是其稼動(dòng)率高。隨著IT郵購(gòu)快遞業(yè)務(wù)的普及，物流倉(cāng)庫(kù)要24小時(shí)運(yùn)營(yíng)。但是現(xiàn)有的Pb蓄電池要大量充電和更換時(shí)間，還要新增額外的人員。此外有許多例如到-20℃極低溫度的冷藏倉(cāng)庫(kù)，這些場(chǎng)所采用低溫性能不好的LIB電池很難進(jìn)行替換。

而另一方面，F(xiàn)C電池不僅可以支持更長(zhǎng)的續(xù)航里程，同時(shí)氫氣充填僅需3-5分鐘。低溫性能也非常卓越。2014年沃爾瑪開(kāi)始采用FC替換現(xiàn)有的鉛-酸蓄電池之后，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手亞馬孫也立刻開(kāi)始大量導(dǎo)入。

除了FC叉車(chē)，燃料鋰電池接下來(lái)的一個(gè)用途就是無(wú)人機(jī)。在自行漂浮的無(wú)人機(jī)中，電源的重量能量密度水平直接決定了是否可以采用這一類型電池。到目前為止，大多數(shù)使用LIB作為動(dòng)力源的無(wú)人機(jī)巡航時(shí)間約為30分鐘且要沒(méi)有載荷，在有載荷場(chǎng)合大約只能飛行約15分鐘，因此除了航拍照片之外，幾乎沒(méi)有其他實(shí)際應(yīng)用。另一方面，F(xiàn)C的重量能量密度高達(dá)LIB的約5倍，由FC供應(yīng)動(dòng)力的一些“FC無(wú)人機(jī)”已經(jīng)宣布可以用有效載荷飛行2小時(shí)。

在公交車(chē)、卡車(chē)和火車(chē)等用途上FC電池也展示出比LIB電池更強(qiáng)的特性。首先，超長(zhǎng)的續(xù)航里程與便利的氫氣填充時(shí)間首當(dāng)其沖是最大優(yōu)勢(shì)，此外將FC導(dǎo)入公交車(chē)輛實(shí)際上是在叉車(chē)應(yīng)用之前已經(jīng)走上正軌，特別是在2016年以來(lái)，F(xiàn)C燃料鋰電池公交車(chē)的運(yùn)營(yíng)在我國(guó)已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)始。

FC燃料鋰電池卡車(chē)市場(chǎng)也開(kāi)始發(fā)展。美國(guó)的啤酒制造商Anheuser-Busch于2018年五月宣布與NikolaMotor公司簽訂合同，租賃最多800輛“FCTruck”，計(jì)劃于2020年后交付。Anheuser-Busch公司2017年曾訂購(gòu)了40輛特斯拉的EV卡車(chē)“TeslaSemi”，但后續(xù)訂購(gòu)FC卡車(chē)的數(shù)量是其數(shù)量的20倍。

NikolaMotor公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官TrevorMilton，是一家受特斯拉美國(guó)公司啟發(fā)的初創(chuàng)公司。特斯拉最初以20世紀(jì)早期科學(xué)家尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）的姓氏命名，尼古拉（Nikola）就采用了這位科學(xué)家的名字命名。最初，它是一家汽車(chē)電氣化零部件制造商，最近已將EV卡車(chē)和FC卡車(chē)作為業(yè)務(wù)支柱。2018年五月Nikola公司提起訴訟，因?yàn)樘厮估碾妱?dòng)卡車(chē)「TeslaSemi」設(shè)計(jì)酷似Nikora的FC卡車(chē)車(chē)型「NikolaOne」，要求特斯拉賠償20億美金。

在德國(guó)，2018年九月使用FC驅(qū)動(dòng)電力的列車(chē)正式開(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)。德國(guó)有許多非電氣區(qū)域，一方面從環(huán)境考慮希望盡快停止柴油車(chē)在這些路段的運(yùn)行，另一方面，鋪設(shè)架空線路要花費(fèi)大量的金錢(qián)和時(shí)間。這樣的背景之下，即使成本相對(duì)昂貴但沒(méi)有廢氣而且不要架線的"FC列車(chē)"就成為了一個(gè)非常好的選擇。

事實(shí)上，日本鐵路綜合研究所在2000年中期就開(kāi)發(fā)過(guò)類似于德國(guó)FC列車(chē)的一款FC列車(chē)。但是因?yàn)樵陔姎饣M(jìn)步的日本，引入FC列車(chē)的必要性很低，一度中止了研發(fā)。繼這次德國(guó)運(yùn)動(dòng)之后，該研究所正在考慮恢復(fù)開(kāi)發(fā)。

此外，2018年九月底，豐田和JR東日本圍繞鐵路上氫氣的利用與汽車(chē)的移動(dòng)協(xié)作為重點(diǎn)，已經(jīng)簽署全面的業(yè)務(wù)合作基本協(xié)議。具體而言，據(jù)說(shuō)是將FC技術(shù)引入鐵路車(chē)輛，在火車(chē)站或火車(chē)站附近建立氫氣站等。

日本車(chē)企竟要被超越？

“休息一下醒來(lái)，睜眼發(fā)現(xiàn)被超越”的趨勢(shì)，關(guān)于日本汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，同樣也適用于燃料鋰電池汽車(chē)（圖2）。豐田在2014年，本田在2016年就實(shí)現(xiàn)了FCV的量產(chǎn)，在全球范圍內(nèi)領(lǐng)先，但之后就沒(méi)有進(jìn)行過(guò)大的車(chē)型變更。而與此同時(shí)，許多海外汽車(chē)制造商卻紛紛大規(guī)模生產(chǎn)FCV或公布概念車(chē)型。

圖2：日本FCV研究停止了嗎？

除大型公共汽車(chē)外的重要燃料鋰電池汽車(chē)的上市時(shí)間（紅色字體顯示該燃料鋰電池汽車(chē)未公開(kāi)）。海外制造商已從2018年左右陸續(xù)開(kāi)始量產(chǎn)FCV。有像現(xiàn)代汽車(chē)這樣的FCV車(chē)型變更的例子，但是日本生產(chǎn)商自最初的車(chē)型通告以來(lái)，還沒(méi)有執(zhí)行過(guò)大的車(chē)型變更。

最近豐田宣布計(jì)劃在2020年后擴(kuò)大其燃料鋰電池汽車(chē)陣容。據(jù)稱新車(chē)型的價(jià)格將從目前的FCV（MIRAI）700萬(wàn)日元的價(jià)格減少一半，但這樣是否能夠“追趕上世界”還很微妙。

甚至是關(guān)于向這些燃料鋰電池汽車(chē)供應(yīng)氫氣的公共氫氣站的數(shù)量，日本也正在追趕世界，預(yù)計(jì)未來(lái)將逐步提升速度（圖3）。

圖3：在氫氣站建設(shè)數(shù)量上失去優(yōu)勢(shì)的日本

圖表顯示了FCV用途的公共“氫站”數(shù)量的預(yù)測(cè)。直到2018年，日本在裝置數(shù)量方面都是世界領(lǐng)先，但未來(lái)預(yù)計(jì)會(huì)見(jiàn)證許多國(guó)家/地區(qū)的超越。內(nèi)容根據(jù)2015年國(guó)際能源署（IEA）的“技術(shù)路線圖”創(chuàng)建，沒(méi)有數(shù)據(jù)的年份通過(guò)直線連接。

從上述趨勢(shì)來(lái)看，海外無(wú)論是從政策層面還是廠商的戰(zhàn)略，關(guān)于燃料鋰電池市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)都更加熱衷，事實(shí)上，一些海外制造商關(guān)于“燃料鋰電池業(yè)務(wù)”的推動(dòng)已經(jīng)堵上公司命運(yùn)，達(dá)得瘋狂的地步。

例如，PlugPower之所以取得銷售成功，事實(shí)上他不僅銷售FC產(chǎn)品，還同時(shí)供應(yīng)氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)注4）。為客戶的倉(cāng)庫(kù)供應(yīng)氫氣供應(yīng)服務(wù)，這些倉(cāng)庫(kù)在安裝氫氣站和可將氫氣填充到FC叉車(chē)中的氫氣罐之后，又像銷售城市燃?xì)庖粯庸?yīng)加氫服務(wù)。因?yàn)椤皼](méi)有氫氣的FC”和“沒(méi)有軟件的計(jì)算機(jī)”一樣沒(méi)有任何意義。

注4）但是，由于服務(wù)等的快速擴(kuò)張，Plugpower公司的單年度收支仍處于虧損狀態(tài)。受其影響，股票價(jià)格低迷。

開(kāi)發(fā)FC卡車(chē)的Nikola也試圖在北美建立氫氣站。該公司宣布2022年，在北美地區(qū)建設(shè)364所，到2028年累計(jì)700所氫氣站（圖4）。最初的30所將沿著訂購(gòu)了Nikola公司FC燃料鋰電池卡車(chē)的Anheuser-Busch公司的卡車(chē)高速公路運(yùn)輸線路進(jìn)行建造。

圖4：NikolaMotor建設(shè)了數(shù)百個(gè)氫氣站

Nikola也開(kāi)始進(jìn)行氫氣生產(chǎn)。2018年六月，宣布計(jì)劃從挪威Nell購(gòu)買(mǎi)448臺(tái)水電解制氫設(shè)備。這相當(dāng)于1GW的氫生產(chǎn)量力或約30個(gè)氫站。據(jù)說(shuō)設(shè)置700所加氫站大約花費(fèi)10億美金左右。

繼這些發(fā)展之后，在全球傳統(tǒng)叉車(chē)市場(chǎng)占據(jù)了約40％份額的豐田汽車(chē)，于2016年宣布開(kāi)發(fā)自己的FC燃料鋰電池叉車(chē)。2018年十一月，它在自己的廠內(nèi)設(shè)立了氫氣站，導(dǎo)入了20臺(tái)車(chē)（圖1（b）），在我國(guó)也至少有一個(gè)自己獨(dú)立的氫氣站。然而，豐田自己開(kāi)發(fā)大量氫氣站或雇用氫氣供應(yīng)服務(wù)等商業(yè)計(jì)劃尚未聽(tīng)到。

每年市場(chǎng)擴(kuò)張30％

海外公司在FC燃料鋰電池項(xiàng)目中如此活躍是由于市場(chǎng)在不久的將來(lái)將實(shí)現(xiàn)快速上升。根據(jù)富士經(jīng)濟(jì)在2019年一月公布的FC系統(tǒng)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，2030年全球市場(chǎng)約為4.9萬(wàn)億日元，約為2018年的23倍（圖5）。假如包括氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施等的相關(guān)市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)?？赡軙?huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

（A）2020年后市場(chǎng)上升顯著

（B）PEFC將來(lái)會(huì)壓倒SOFC

圖5：2030年的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)目前市場(chǎng)的20倍

2019年一月富士經(jīng)濟(jì)公布的FC系統(tǒng)世界市場(chǎng)預(yù)測(cè)。未來(lái)將以每年約35％增速成長(zhǎng)，到2030年將比2018年（a）上升約23倍規(guī)模；（b）看到PEFC類型燃料鋰電池堆將超過(guò)SOFC類型。（圖：富士經(jīng)濟(jì)）

該公司對(duì)FC燃料鋰電池技術(shù)的另一個(gè)預(yù)測(cè)是，目前差不多市場(chǎng)規(guī)模相同的固體高分子電解質(zhì)型燃料鋰電池（PEFC）和固體氧化物燃料鋰電池（SOFC），今后隨著市場(chǎng)擴(kuò)大將拉開(kāi)差距，到2030年，PEFC將占據(jù)約93％的市場(chǎng)份額。關(guān)于FC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，這樣一來(lái)目標(biāo)似乎更容易理解，而且更容易擴(kuò)大量產(chǎn)規(guī)模。