中國燃料電池產(chǎn)業(yè)開始加速發(fā)展。政府補(bǔ)貼為初始動力、物流車和客車為突破點(diǎn)，中國燃料電池產(chǎn)業(yè)走了一條適合中國國情，與日本不同的路。

電堆成為中國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵因素之一，低成本高性能、批量供應(yīng)的國產(chǎn)電堆是燃料電池汽車成本下降從而與傳統(tǒng)汽車競爭的關(guān)鍵。

路徑明確:商用車帶動加氫站建設(shè)，降低氫氣與燃料電池成本

中國燃料電池汽車發(fā)展路徑明確:通過商用車發(fā)展，規(guī)?；档腿剂想姵睾蜌錃獬杀荆瑫r帶動加氫站配套設(shè)施建設(shè)，后續(xù)拓展到私人用車領(lǐng)域。

優(yōu)先發(fā)展商用車的原因在于:

一方面公共交通的平均成本低，而且能夠起到良好的社會推廣效果，形成規(guī)模后帶動燃料電池成本和氫氣成本下降;

另一方面商用車行駛在固定的線路上且車輛集中，建設(shè)配套的加氫站比較容易。

當(dāng)加氫站數(shù)量增加、氫氣和燃料電池成本降低時，又會支撐更多燃料電池汽車。

燃料電池多地開花，20省市推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展

全國以富氫優(yōu)勢、棄電較多或者產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先為代表的地區(qū)重視燃料電池發(fā)展，多地市興建氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，氫能小鎮(zhèn)和產(chǎn)業(yè)集群等，推動燃料電池公交、物流車示范運(yùn)營，截至目前超過20省市明確推動氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

目前僅上海、鹽城、武漢、佛山和蘇州四城規(guī)劃顯示，到2020年燃料電池汽車數(shù)量近1萬輛。

電堆是燃料電池最關(guān)鍵部件，性能滿足商業(yè)化需求

電堆是最關(guān)鍵部件

電堆由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成。

將雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。

電堆是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)場所，燃料電池動力系統(tǒng)核心部分。

電堆工作時，氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

在燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中，電堆是處于中游核心環(huán)節(jié)。

催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層組成膜電極和雙極板構(gòu)成電堆的上游，電堆與空壓機(jī)、儲氫瓶系統(tǒng)、氫氣循環(huán)泵等其它組件構(gòu)成燃料電池動力系統(tǒng)，下游應(yīng)用對應(yīng)交通領(lǐng)域和備用電源領(lǐng)域，主要是客車、轎車、叉車、固定式電源和便攜式電源等。

國內(nèi)電堆實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成本進(jìn)入下行通道

我國掌握燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆的關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過863計(jì)劃，我國初步掌握了燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆的關(guān)鍵技術(shù)，基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的車用燃料電池技術(shù)平臺，燃料電池在國內(nèi)外開展了多次示范運(yùn)行。

國內(nèi)電堆實(shí)現(xiàn)量產(chǎn):自主研發(fā)和引進(jìn)技術(shù)路線并舉

目前國內(nèi)燃料電池電堆正在逐漸起步，電堆及產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)數(shù)量逐漸增長，產(chǎn)能量級提升，到2018年國內(nèi)電堆產(chǎn)能超過40萬kW。

目前國內(nèi)電堆廠商主要有兩類:

(1)自主研發(fā)，以新源動力和神力科技為代表;

(2)引進(jìn)國外成熟電堆技術(shù)，以廣東國鴻為代表，其余企業(yè)有南通百應(yīng)、嘉興愛德曼等。

電堆成本進(jìn)入下行通道

電堆成本在燃料電池汽車中占比最高。

目前燃料電池電堆實(shí)現(xiàn)小規(guī)模放量和初步國產(chǎn)化，電堆成本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)有力下降。隨著規(guī)模放大以及電堆產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化，電堆成本預(yù)計(jì)可降60%。

具體到各個環(huán)節(jié)來看，氣體擴(kuò)散層降本主要由規(guī)?；?yīng)驅(qū)動;而質(zhì)子交換膜、催化劑和雙極板降本則需國內(nèi)工藝進(jìn)步和規(guī)模化加以推進(jìn)。

電堆產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化進(jìn)行時

國內(nèi)電堆產(chǎn)業(yè)鏈雛形初具

國內(nèi)燃料電池電堆產(chǎn)業(yè)鏈初成雛形，上游廠商齊全，膜電極、質(zhì)子交換膜和雙極板具備國產(chǎn)化能力，氣體擴(kuò)散層有小批量供應(yīng)，催化劑具備研發(fā)能力。

國內(nèi)膜電極具備產(chǎn)業(yè)化能力，有序化膜電極是工藝發(fā)展趨勢

膜電極(membraneelectrodeassembly，MEA)是質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場所，是傳遞電子和質(zhì)子的介質(zhì)，為反應(yīng)氣體、尾氣和液態(tài)水的進(jìn)出提供通道，膜電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的心臟。

膜電極通常由5部分組成，即中間的質(zhì)子交換膜、兩側(cè)的陽極催化層和陰極催化層，最外側(cè)的陽極氣體擴(kuò)散層和陰極氣體擴(kuò)散層。

當(dāng)前膜電極在性能和產(chǎn)能方面可以初步滿足商業(yè)化需求。

現(xiàn)階段性能初步滿足產(chǎn)業(yè)使用，2015年MEA，在工況條件下壽命達(dá)到2500小時，性能方面也達(dá)到810mW/cm2。

膜電極廠商具備萬平米級產(chǎn)能，目前做膜電極的廠商分為兩類，一種是具備膜電極產(chǎn)業(yè)化能力，能夠自給自足的燃料電池廠商，以豐田和Ballard為代表。

另外一種是專業(yè)的膜電極供應(yīng)商，包括Gore、JM、3M、Toray(Greenerity)和國內(nèi)的武漢理工新能源等，都已經(jīng)具備了不同程度的自動化生產(chǎn)線，年產(chǎn)能在數(shù)千平米到萬平米級。

質(zhì)子交換膜:全氟磺酸膜是主流，國內(nèi)具備量產(chǎn)能力

質(zhì)子交換膜是作為PEM燃料電池的核心組件，主要功能是充當(dāng)質(zhì)子通道實(shí)現(xiàn)質(zhì)子快速傳導(dǎo)，同時還起阻隔陽極燃料和陰極氧化物的作用，防止燃料(氫氣、甲醇等)和氧化物(氧氣)在兩個電極見發(fā)生互串，此外還需要對催化劑層起到支撐作用。

質(zhì)子交換膜國產(chǎn)化能力具備，國內(nèi)東岳集團(tuán)可量產(chǎn)DF260系列膜。

目前市場上主要生產(chǎn)全氟磺酸膜的企業(yè)主要來自于美國、日本、加拿大以及中國，其中戈?duì)柕腟elect復(fù)合膜廣泛應(yīng)用于燃料電池，豐田Mirai、本田Clarity和現(xiàn)代ix35均采用戈?duì)朣elect系列膜。

除此以外，質(zhì)子交換膜還有杜邦的Nafion系列膜、陶氏化學(xué)(DowChemical)的Xus-B204膜、3M的全氟磺酸膜、日本旭化成的Alciplex系列膜、旭硝子的Flemion系列膜、加拿大Ballard的BAM膜和比利時Solvay的系列膜。

催化劑海外企業(yè)領(lǐng)先，國內(nèi)正起步。

在燃料電池催化劑領(lǐng)域，海外企業(yè)處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)，而且性能穩(wěn)定，其中英國JohnsonMatthey和日本田中(本田燃料電池車Clarity催化劑供應(yīng)商)是全球鉑催化劑的巨頭。

氣體擴(kuò)散層:技術(shù)成熟，國內(nèi)達(dá)到小規(guī)模生產(chǎn)

多孔氣體擴(kuò)散層將膜電極組合體夾在中間，主要起氣體擴(kuò)散的作用。多孔擴(kuò)散層的主要功能包括:1實(shí)現(xiàn)氣體在催化層表面的擴(kuò)散;2提供機(jī)械支撐;3導(dǎo)通電流;4排除反應(yīng)生成水。

擴(kuò)散層的材質(zhì)是經(jīng)疏水材料處理的碳基材料(碳紙或碳布)。疏水材料的作用是防止水在擴(kuò)散層孔中積聚，影響氣體擴(kuò)散。

目前碳紙產(chǎn)品主要由幾個國際大生產(chǎn)商壟斷，包括日本東麗(Toray)和德國SGL等。

東麗目前占據(jù)較大的市場份額，且擁有的碳紙相關(guān)專利較多，生產(chǎn)的炭紙具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、高氣體通過率、表面平滑等優(yōu)點(diǎn)。

雙極板:石墨板應(yīng)用廣泛，金屬板能量密度高，國內(nèi)具備小規(guī)模生產(chǎn)能力

雙極板是電堆中的“骨架”，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收集電流、為冷卻液提供通道、分隔氧化劑和還原劑等作用。

乘用車燃料電池具有高能量密度需求，金屬雙極板相較于石墨及復(fù)合雙極板具有明顯優(yōu)勢。

金屬雙極板使PEMFC模塊的功率密度大幅提升，金屬雙極板已成為乘用車燃料電池的主流雙極板。

石墨雙極板因?yàn)槟途眯蚤L，廣泛應(yīng)用于商用車。

石墨基雙極板的主流供應(yīng)商有美國POCO、美國SHF、美國Graftech、日本FujikuraRubberLTD、日本KyushuRefractories、英國Bac2等。

石墨雙極板目前已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國產(chǎn)廠商主要有上海弘楓、杭州鑫能石墨等。

復(fù)合材料雙極板近年來也開始有應(yīng)用,如石墨/樹脂復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料等，國內(nèi)具備研制能力。