氢燃料电池是将氢气送到燃料电池的阳极板，经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板，与氧原子和氢离子重新结合为水，由于供应给阴极板的氧，是从空气中获得的，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水或者蒸气带走，就可以不断地提供电能。
燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源。所以氢燃料电池目前最大应用场景为汽车领域。
从氢燃料电池整个产业链来看，主要分为上游制氢、储氢运氢和加氢站建设。中游为氢燃料电池及系统配件；下游为整车厂商、船舶和固定式电源等。
一、上游:制氢、储氢运氢和加氢站
1 、制氢方面
氢的制取产业主要有三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤 气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢，三是电解水制氢。化石能源制氢为我国目前主流的制氢方式， 电解水制氢方案的碳排放最低，是未来技术攻关的主要领域。
当今全球氢生产原料以化石燃料为主，48%的氢产自天然气，30%产自烃类或者原油产品，18%产自煤炭，仅有4%的氢产自电解水。
我国是世界第一产氢大国，2021年末,我国已实现了氢气产能约为年产4000万吨,年产量约为3300万吨，但主要用作工业原料而非能源。
从企业竞争格局来看，国家能源集团是该领域绝对龙头，年产能达400万吨，其次是中石化，年产能为350万吨。其他玩家有华昌化工、东华能源等等。
2、储氢
车载储氢系统是燃料电池车的重要组成部分，储氢方式有三种：气态储氢、液态储氢、固态储氢。气态储氢是目前主流的储氢方式。气态储氢最大的优点是使用方便，储存要求条件易满足，成本低。我国已经完成35MPa储氢系统-Ⅲ型瓶组产业化。国外为70MPa储氢系统-Ⅳ型瓶组。IV型瓶国内曾进行过研制，但受限于技术与监测不成熟，目前仍处于“卡脖子”状态。
目前国内储氢瓶主要公司为科泰克、国富氢能、中材科技和天海工业，其他厂家的出货较小。2019年市占率情况为：国富氢能第一（市占率42%）、科泰克第二（市占率29%）、天海工业第三（市占率26%）。
目前国内部分企业开始加快IV型瓶技术发展，采用技术引进方式涉入IV型储氢瓶市场，代表性企业有中集安瑞科、斯林达等企业。国富氢能、中材科技、京城股份等采用自研方式进行IV型储氢瓶量产准备。
3、加氢站
加氢站是氢燃料电池产业化、商业化的重要基础设施，主要通过将不同来源的氢气通过压缩机增压储存在站内的高压罐中，再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气的燃气站。加氢站核心设备主要包含氢气压缩机、站用储氢容器、加氢机等。占加氢站建设成本的比例分别为30%、28%和13%。
我国氢气压缩机、加氢枪等设备进口依赖度较高。氢气压缩机方面，主要被美国PDC、英国 HOWDEN、德国 HOFER 等垄断。国内加氢站主要采用美国 PDC 隔膜压缩机，PDC 公司在20 多年前已开始涉足氢气隔膜压缩机，积累了较为丰富的经验。目前 PDC 占 据着全球氢气隔膜压缩机约 70%-75%市场份额。国内自主品牌主要有北京天高、中鼎恒盛等。
目前加氢机生产和制造均已实现国产化，主要玩家有成都安迪生和厚普股份等。
加氢站建设方面，我国近年来明显提速。至 2016 年，国内建成的加氢站仅 10 座，随后中国加氢站建设迎来快速发展，2021 年增至 218 座。截至 2022 年 7 月初，中国已累计建成 272 座加氢站。企业方面，中石化处于领先地位，目前累计建成并运营加氢站数量达76座，市占率超28%，其次为厚普股份、美锦能源、旭阳集团等。
二、中游：氢燃料电池及系统
1、燃料电池发动机系统
氢燃料电池汽车的核心为燃料电池发动机系统，其结构主要包括燃料电池发动机系统、车载储氢系统、冷却系统等。其中，燃料电池发动机系统主要由燃料电池电堆、空压机和增湿器等构成。成本占比分别为65%、空压机14%、增湿器7%。
从燃料电池发动机系统竞争格局来看，2021 年亿华通总销量共 561 套，市占率 29.94%，排名行业第一。不过按自2016年累积销量来看，亿华通仍排名第二，重塑能源维持领先地位。
2、电堆
电堆是氢能源车的核心组件，就像动物的心脏。它是由端板、绝缘板、集流板以及多个单电池组成，其中催化剂和双极板的成本占比较高。单电池主要由双极板和膜电极组成，其中膜电极（MEA）由5层材料构成，分别是最外层的两层气体扩散层、两层催化层以及一层质子交换膜。单电池需要由堆栈的方式构成电池电堆，电堆的两侧需要端板、绝缘板以及集流板等结构装配，起固定、绝缘以及收集电流的作用。
电堆整体可以细分为催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板、和密封层等组成。从成本结构来看，据沙利文数据，催化剂占电堆的36%，双极板为23%，质子交换膜为16%。
2021年中国燃料电池电堆出货量为757MW，同比增长128%，行业增速趋快。从竞争格局来看，2021燃料电池电堆市场占比率前三分别为：清能股份（25%）、巴拉德（16%）、神力科技（16%）。
3、空压机
作为氢燃料电池系统供应链系统附件（BOP）的重要组成部分，空压机相当于燃料电池的“肺”。它对进入电堆的空气加压，以提高燃料电池的功率密度和效率。空压机的压力和流量输出甚至可以在很大程度上直接影响燃料电池发动机的化学计量比和空气加湿特性，进而影响燃料电池堆的电压输出和燃料电池发动机的功率输出。
燃料电池空压机可分为离心式、罗茨式、螺杆式、涡旋式等。全球燃料电池空气压缩机（Fuel Cell Air Compressor）核心厂商主要分布在北美、欧洲和亚太。其中头部厂商主要有Garrett Motion、Hanon Systems、UQM Technologies和FISCHER Fuel Cell Compressor等，前三大厂商占有大约45%的市场份额。目前来说，离心式压缩机和罗茨式压缩机占有最大的市场份额。
我国空压机技术和发达国家仍有一定差距，国内企业处于追赶的路上。2021年我国氢燃料电池空压机市场规模前的企业分别为势加透博、金士顿科技、东德实业、蜂巢蔚领和杰峰汽车动力。
三、下游应用市场
目前氢燃料电池主要应用于汽车市场，由于燃料汽车价格高昂，以及前期投运成本较高，目前国内市场仅用于商用。
根据香橙会研究院，截至2021年底，全球氢燃料电池汽车保有量为49562台，同比增长49%。按国别来看，韩国氢车保有量占比39%，美国为25%，中国和日本则分别 占比18%和15%。
从企业竞争格局来，丰田Mirai和现代NEXO占 据市场绝对主导地位。截至2021年底，现代在全球累计投放量达22337 台，占全球总量的45%，丰田在全球累计投放17933台， 占全球总量的36%。
国内市场方面，2016至2019年中国氢燃料电池汽车销量持续增长，2020年氢燃料电池汽车产量出现较大下降。2021年燃料电池汽车产量恢复增长，2022年上半年中国氢燃料电池汽车产量达到1803辆，同比增长192．2％。
从行业竞争格局来看，中通客车属于龙头地位，2016-2021年综合市占率为18.6%，申龙客车和飞驰汽车（美锦能源）位居第二、第三。市占率分别为11%和10%。
需要注意的是国内燃料电池汽车产业链仍未全面布局，行业发展仅仅处于初期，主要有三大因素：
1、关键原材料和零部件依赖进口。如空压机、氢喷射泵以及质子交换膜、催化剂、碳纸及碳布等。其中，作为催化剂主要材料的铂金是稀有金属，全球产量很低，价格昂贵，约是黄金的四倍，即使在丰田的精益化生产情况下，每辆氢燃料电池客车至少要使用铂金150克，而且铂金催化剂多数依赖进口，成本较高；同时，质子交换膜也是大量进口，一般工作温度为85℃至90℃，温度过低过高都不起作用。
2、整车制造成本高。国产氢燃料电池汽车的综合制造成本平均约为150万元左右/辆，同类性能的电动车和燃油车造价仅为其1/6和1/10。
3、加氢站的投资成本大。一个常规加氢站投资额大约为1500万，是普通加油站的3倍左右，其中设备购置的费用大约占总投资额的40-60%左右，而且主要依赖进口。目前加氢站处于产业发展的前期，加氢站建设基本靠补贴。
氢燃料汽车憧憬很美好，但要实现完全商业化，仍需时间，降本增效方面还有很长的路要走。
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