燃料电池技术的革新与发展

我国提出了将于 2030 年实现碳达峰、2060 年实现碳中和的发展愿景。积极发展氢能，引导高碳排放制氢工艺向绿色制氢工艺转变，是能源革新发展，实现碳达峰、碳中和的重要举措。氢能将是我国能源领域的战略性新兴产业，氢燃料电池技术是实现氢能利用的先决条件。

伴随国内燃料电池技术企业的增多，氢能与燃料电池板块又掀起了一波热潮。股市持续走高涨停，似乎也在预示着即将突破技术壁垒的可能。

氢燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点，相应技术进步可推动氢气制备、储藏、运输等技术体系的发展升级。

自主创新 企业正在发力中

燃料电池系统相关技术企业屡屡传出好消息，近期，氢晨科技顺利通过IATF 16949认证。其自主研发的80-150kW级燃料电池电堆受到专业认证，此外氢晨透露，其研发的单堆230kW的大功率电堆已经完成性能测试，择机将向行业公开发布。

氢蓝时代成为NQA首家IATF 16949体系认证的氢燃料电池系统企业，其自主研发的50-130kW级燃料电池系统获得广泛关注。搭载氢蓝时代全球首款132kW级单堆氢燃料电池系统的氢能重卡此前在深圳西部港区正式投入运营。

上汽集团发布公告称公司拟拆分所属子公司捷氢科技至科创板上市，此前十月底，捷氢科技推出了最新一代燃料电池电堆平台——M4电堆平台。同时，基于该平台的首款燃料电池电堆——捷氢启源M4H，以及燃料电池系统——捷氢启源P4H、P4L也同步亮相。

研究与发展 政策扶持下的产业突破

我国在1998 年才出现首个氢燃料电池发明专利，目前相关核心专利数仅占世界的 1% 左右。先发国家在氢燃料电池系统、组件、控制技术、电极等方面发展相对均衡，一些国际性企业在燃料电池系统、电池组件与加工、控制技术等方面居于世界领先地位。

在储氢方面，高压气态储氢技术在国内外获得普遍使用，低温液态储氢在国外有较大发展，而国内暂限于民用航空领域的小范围使用。液氨、甲醇、氢化物、液体有机氢载体（LOHC）储氢在国外已有成熟产品和项目应用，而国内仍处于小规模实验阶段。催化剂、GDL 等关键零部件或材料处在研究与小规模生产阶段，批量化产品的可靠性、耐久性还需要长期验证，主要技术为国外公司所掌握。

国内几家企业目前均处于氢气循环泵的产品研发验证阶段，部分公司已实现小批量产品供货。碳纸、碳布是制备 GDL 的关键材料，基础材料是碳纤维；我国碳纤维研制从 20 世纪 80 年代中期才开始，目前尚处于小规模生产阶段，生产的碳纤维很难同时满足电堆对于低电阻、高渗透性、机械强度大等的要求，与国外高性能碳纤维材料相比仍有较大差距。我国已将碳纤维列为重点支持的战略性新兴产业，相关技术在产业政策扶持下有望加速发展。

石墨 BPs 已实现国产化，金属 BPs 实现小批量供货，但耐久性、可靠性有待继续检验；相关研究单位或企业有中国科学院大连化学物理研究所、新源动力股份有限公司等氢燃料电池电堆供应商，产品功率达到国际先进水平，建成了自动化生产线；金属 BPs 电堆功率密度达到 3.8 kW/L，可在 –30 ℃低温条件下自启动，完成 6000 h 实车工况耐久性测试。

安徽明天氢能科技股份有限公司、雄韬电源科技有限公司已经建成电堆自动化生产线。贵研铂业股份有限公司、中国科学院大连化学物理研究所等从事催化剂研究，其中中国科学院大连化学物理所制备的 Pt3Pd/C 合金催化剂已应用于燃料电池发动机。PEM 已具有国产化能力，年产能可达数万平方米，但高端产品还依赖进口。空气压缩机技术起步晚，2018 年实现国产化并有小批量生产，但缺少低功耗、高速、无油的空气压缩机产品。

在产业发展方面，珠江三角洲、长江三角洲、京津翼地区涌现出了数百家氢燃料电池公司；氢燃料电池商用车（客车、叉车）已实现批量生产，燃料电池乘用车尚处在应用示范阶段。国产乘用车、商用车的电堆功率与国外产品大致相当，但系统可靠性、耐久性、比功率、综合寿命方面还需工况验证。国内一些企业掌握了氢燃料电池系统研发技术，相关产品的冷启动、功率密度等性能显著提升，具有年产万台的批量化生产能力。然而与国际先进水平相比，国产电池系统核心零部件及系统的耐久性与可靠性仍存在一定差距。

发展艰难 燃料电池技术行稳致远

燃料电池汽车技术企业野心勃勃，势必达到国际领先水平。一汽红旗已经将燃料电池技术视为新能源布局中的重要战略部署，目前一汽已经完成了50kW和100kW两个燃料电池发动机平台的开发，最高效率60%，发动机开发完全自主，掌握集成、控制、测试验证等全部核心技术。

亿华通240kW氢燃料电池发动机G20＋于近日首发，截至目前，亿华通自主大功率燃料电池发动机G系列产品功率覆盖30-240kW，可满足城市团体、物流车、旅游大巴、牵引车、自卸车等多样化动力需求，可实现不同道路应用场景全覆盖。

格罗夫打造的两款氢能产品——中极天枢49吨氢燃料牵引车与中极天玑4.5吨氢燃料城市高端物流车分别获奖，这两款产品曾在今年上海车展期间首次对外亮相。格罗夫精准抓住了氢能在汽车领域的发展机遇，凭借对诸多核心技术的自主掌控，取得了氢能在商用车市场应用的先机。

中国科学院院士欧阳明高表示，氢燃料电池技术突破的节点相比于动力电池晚了十年左右，但是近两年氢燃料电池技术的成本已经快速下降。氢燃料电池汽车已经进入大规模商业示范阶段，未来五年是氢能燃料电池汽车关键的决定期。

11月24日，北京市人民政府印发《北京市“十四五”时期国际科技创新中心建设规划》，其中表示，“电池技术方面重点突破全固态电池与燃料电池技术，实现全固态电池和燃料电池电堆的工程化应用。”

燃料电池技术是氢能发展的重中之重，从零部件生产到系统的自主研发，再到乘用车、商用车的整合，燃料电池技术的发展之路坎坷艰难但仍旧有所突破。企业成果的不断增多和政策的侧重催生着燃料电池的应用与扩张。就目前而言，实现关键材料的技术攻关才能根本解决问题。

文中部分内容来源：氢燃料电池技术发展现状及未来展望[J].中国工程科学，2021,23(4):162-171.