一、燃料电池概述
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高; 另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
燃料电池是一种电化学的发电装置,等温的按电化学方式,直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,不受卡诺循环限制,因而能量转化效率高,且无噪音,无污染,正在成为理想的能源利用方式。同时,随着燃料电池技术不断成熟,以及西气东输工程提供了充足天然气源,燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景。
上游材料:氢气供应和电池组件生产环节，包括氢气生产及运输、电池双极板、催化剂、质子交换膜、气体扩散层、密封件等领域;
中游组装:主要是燃料电池系统的组装环节，
下游应用:包括固定式发电装置、交通运输设备和便携式燃料电池三大应用领域厂商。
资料来源：公开资料整理
二、燃料电池行业现状
全球燃料电池出货量从2012年出货4.6万套，至2017年出货量达到7.3万套。期间累计出货达到37.3万套。2017年同比增长15.87%，对应规模670MW。
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我国燃料电池行业刚处于起步阶段，与国外差距比较大。2017年中国燃料电池出货量约为16MW，同比2016年的13.5MW增长了18.5%。
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随着汽车往环保方向发展，环保汽车将会迎来新的契机。2017年第一批至2018年第六批，共14家车企39款燃料电池汽车入选。其中客车占74%，专用车占26%;宇通(客车)、东风(专用车)入选车型数量居前。燃料汽车生产成本中燃料电池系统就占到50%。随着燃料电池汽车行业的发展，也将会推动我国燃料电池行业的发展。
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三、燃料电池行业发展所面临的问题
（一）成本障碍
高成本是制约燃料电池产业化的关键因素。燃料电池成本中占比最高的是燃料电池组，其次是氢燃料罐和电池配件。如果未来要实现燃料电池商业化，并与内燃机汽车进行竞争，那么燃料电池组的成本必须下降，其中主要涉及三个关键部件的成本，包括：铂催化剂、电解质膜和双极板。
铂催化剂。现在的燃料电池组都使用金属铂作为催化剂，在未来十年内很可能依旧如此。电极载铂量过高一直是阻碍燃料电池发展的重要因素。铂金具有稀缺性，而铂金行业利润较低、产量不稳定。在这些不利因素的影响下，铂金的价格未来不会降低。为了降低成本，需进一步降低铂催化剂的使用量，并寻求廉价的替代催化剂。
电解质膜。现在汽车应用中最常见的质子交换膜是全氟磺酸膜（PFSAS），这种交换膜具有较强的氧化和还原稳定性。全氟磺酸聚合物通常被称作纳菲薄膜。目前燃料电池所用的纳菲薄膜主要依靠进口，其价格在600美元/平方米左右。因此，为尽早实现燃料电池产业化应用，降低质子交换膜的价格迫在眉睫。
双极板。目前质子交换膜燃料电池最常使用的双极板是不透性石墨材料。主要是由于在燃料电池环境下，石墨的耐腐蚀性能最好，但是其制作成本较高：制造石墨双极板需经过2500℃以上的石墨化，并需经过多次浸渍、炭化处理以达到不透性。而且由块状石墨加工成双极板，需采用精密的机械加工，加工成本也过高，加工时间长，不易批量生产。因此，需进一步改善替代金属双极板的性能，实现制备精度高、成本低、寿命长等需求。
氢燃料罐和电池配件。氢燃料罐的成本较高，从成本和小型轻量化的角度来看，需开发组合使用轻量低成本氢储藏材料和高压氢燃料罐。而电池配件方面，也可与纯电动汽车和混合动力汽车共同使用其他零部件，从而削减高昂成本。
（二）燃料来源
燃料电池的类型有很多，其中氢能燃料电池研发的首要问题，就是解决氢气来源，也就是如何廉价制氢。传统工业制氢的方法以化石材料制氢、电解水制氢为主。而随着对大规模制氢需求的提高，生物制氢、热化学制氢和太阳光催化光解制氢等方法也获得广泛应用。
从成本角度来看，在燃料电池推广初期，应以分散式制氢为主，可进一步控制成本，且使用便利。但随着未来燃料电池规模化发展之后，集中制氢的成本和环保优势将会进一步突出。
（三）配套设施
燃料电池汽车的推广，其中最主要的制约因素是配套设施的缺失，即加氢站的覆盖率过小，而其高昂的建设成本也使得加氢站的建设只能作为试验性经营。据统计，2012年全球范围内新增27个加氢站，加氢站总数达到208个，其中欧洲80个、亚洲49个、北美76个、南美3个，但这些还远远不足以满足燃料电池产业化推广的要求。
（四）储藏与安全
通常氢气以三种形态存储和运输：高压气态、液态和氢化物状态。短期内，高压罐储氢仍是主要氢气储存运输手段。但从长期来看，更需要具备高储氢容量、高安全性、吸/放氢速率快、长寿命和低成本的储氢材料。因此，轻质储氢材料、有机液态储氢材料等低压或常压储氢材料将成为未来发展的重点。
四、燃料电池的发展前景
一是燃料电池可用作发电设备，是因为其价格有可能与一般的发电设备相竞争。但燃料电池在电动汽车上的商业应用前景是远期的，因为汽车需要的是发电机，发电机的价格远比燃料电池要便宜，因此在短期内，燃料电池汽车在价格上难以与其他汽车相竞争。现在燃料电池研究与开发集中在四大技术方面：（1）电解质膜；（2）电极；（3）燃料；（4）系统结构。日美欧各厂家开发面向便携电子设备的燃料电池，尤其重视（1）～（3）方面的材料研究与开发。第四方面的研究课题是燃料电池的系统结构，前三个方面是构成燃料电池的必要准备，而系统结构是燃料电池的最终结果。
二是固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，是解决世界节能和环保的重要手段，受到了世界许多国家的普遍重视，包括美国、欧洲、日本、澳大利来、韩国等。尽管固体氧化物燃料还存在一些问题，如电极材料、制造成本、操作温度过高等等问题，但是瑕不掩瑜，加快固体氧化物燃料电池发展必然是世界发展的总趋势。降低电池操作温度和微型化是固体氧化物燃料电池（SOFC）的发展趋势。其关键部件的材料制备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。应突破的关键技术主要有：a）高性能电极材料及其制备技术；b）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术；c）电池结构优化设计及其制备技术；d）电池的结构、性能与表征的研究。随着燃料电池技术的进一步发展，必将能够加快我国经济建设与可持续化发展步伐。
三是燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代。因为太阳能供电虽然能替代部分能源，但它与天气有关，受气候的制约；核能利用又存在安全问题；唯有燃料电池供电，它没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，它解决了火力发电使全球环境污染的问题，它是一个纯正的绿色清洁能源。所以，我们要加速实现燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场能源革命中有所作为，跟上全球技术发展的步伐。
本文采编：CY340
