本文选自中国工程院院刊《Engineering》2018年第3期作者：Junye Wan...|燃料电池商业化带来的技术经济挑战丨Engineering( 四 ) 本文选自中国工程院院刊《E

（一）制造成本模型
一项新的产品要先在实验过程中达到经济和技术上的目标，然后再根据合理设计的指标，在完善的体系内进行大规模生产。制造过程的生命周期和价值链代表了产品的生产过程和成本，如图2所示。燃料电池组的技术经济生命周期可分为两个主要的阶段：制造阶段和最终用户阶段。

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图2燃料电池生命周期和价值链
制造成本包括设计、材料、元件制造和装配、工人劳动、设备资产，这些要素贯穿整个燃料电池的定制以及商业生产过程。 Ahluwalia等在阿贡（Argonne）实验室计了80kWnet质子交换膜（PEM）燃料电池的配置体系（图3）。 Yang分析了这种80kWnet阿贡（Argonne）燃料电池组体系的成本，并准确计算出该电池组的总成本为大约30USD·kW?1 。电池的电极（包括阴极和阳极）和催化剂占总成本的51% 。电池组的装配和调试大约占总成本的7% 。因此，燃料电池组中成本最高的3个部分是电极、双极板和电池密封圈[图4（a）] 。

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图3阿贡（Argonne）2009年质子交换膜燃料电池配置体系。 HT：高温；LT：低温；MH：膜增湿器

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图480kWnet的质子交换膜燃料电池组系统成本。（a）电池组成本；（b）电池组系统成本
大批量生产的情况下， 80kWnet的PEM燃料电池组系统成本为59USD·kW–1 。电池组占整个系统成本的50%[图4（b）] 。电池组、空气管理以及热管理是该系统中花费最高的部分。电池组的装配和均衡占总成本的14% 。
事实上，质子交换膜燃料电池的制造技术和材料已经得到了很大提升。一些材料的成本大幅减小了。例如，电池阳极和阴极的铂担量是0.1/0.15mg·cm–2 ，允许0.12~0.3mg·cm–2的偏差。在整个系统的成本分析中，假设铂的价格是2000USD·toz–1（1toz=31.10348g），这个价格接近于铂价格的最高值（图5）。然而，铂的价格波动为±40% ，因此其价格范围为800~2000USD·toz–1以上。目前，铂的价格低于1000USD·toz–1 ，这比之前假设的最大值的一半还低。因此，铂担量不是这个整体系统成本的主要因素，由于铂这一主要材料的价格比其最大值小，燃料电池组的成本也有所降低。所以燃料电池组的成本可能比整个系统成本的50%还低。

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图51996年来铂的历史价格（USD·toz–1）。 2017年6月22日，铂的价格为923.95USD·toz–1
（二）燃料电池和内燃机的制造成本对比
Elnozahy等对比了FCV、内燃机汽车和HV的成本（表1）。 FCV的成本大约为24363USD ，内燃机汽车成本约为15805USD ，混合动力汽车成本约为24050USD 。该对比表明，如果将材料、制造和燃料纳入考虑范围，燃料电池系统的成本与混合动力汽车的成本相当，但却比内燃机汽车的成本高。然而，从表1中可以看出燃料电池的热效率可达60%~70% ，这比内燃机的效率高很多。因此，由于较高的热效率，燃料电池的燃料费用会大大减少，就长期的运行来看，燃料电池的总成本与内燃机相当。值得注意的是，据美国能源署（DOE）报道，目前燃料电池运行的热效率为40%~60% ，低于表1中所示的值。然而，若配置CHP ，燃料电池的热效率就可达到90%以上。
在上述内容中，我们分析了燃料电池的成本问题。尽管燃料电池的成本高于传统的内燃机（表1），但其总费率与内燃机相当，因为燃料电池有较高的热效率。因此，燃料电池的成本不是影响最终用户接受度的主要因素。很明显，大多数关于燃料电池成本的现有研究都是基于电池组制造成本，并未考虑维修与保养的成本。然而，有必要考虑电池组商品的维修与保养费用对于最终用户接受度的影响。由于很少有人报道维修与保养费用在整个生命周期成本中所占的比重，只有当燃料电池在最终能够用户市场存在竞争优势时才能决定当前的服务活动。使用燃料电池来推动商业与有竞争力的服务优势直接相关.