我国燃料电池技术：系统层面接近国际先进水平，材料层面完成国产化突破

由中国产业发展促进会氢能分会（简称“氢能促进会”）联合30余家氢能产业龙头企业和科研院校共同编写的《中国氢能技术发展研究报告2024》（简称《报告》）近日在京发布。

《报告》着眼于我国氢能全产业链技术发展现状与趋势，围绕氢能“制储输用”各关键环节，从技术发展现状、不同技术路线对比、核心技术与关键装备水平、国内外技术水平比较等方面进行了全面梳理，并立足全球氢能技术前沿发展方向与我国氢能产业发展实际需要，分析并提出了我国氢能全产业链各环节关键技术发展方向的科学建议。

《报告》指出，氢能技术的规模化应用是推进交通领域深度脱碳的关键途径之一。目前氢能在交通领域应用的主要形式为氢燃料电池技术和氢内燃机技术，两种技术的能量转化方式不同。氢燃料电池技术无须经历热机过程，因此不受卡诺循环限制，能量转化效率较高。氢内燃机技术与传统内燃机技术类似，其能量转化过程受卡诺循环限制，能源转化效率低于燃料电池技术。

《报告》显示，燃料电池作为氢能产业链中的重要应用装备之一，其技术已经相对成熟，产业链和供应链也较为完备。目前，我国燃料电池技术已迈入产业化阶段，东部地区燃料电池产业链布局较完整，北京、上海、江苏、浙江、广东等地是燃料电池产业链主要聚集区。随着竞争者的不断增多和市场的日渐成熟，我国燃料电池技术正处于商业化应用阶段，市场格局也正在重塑。

《报告》显示，在燃料电池系统层面，我国燃料电池单堆系统额定功率已达到国际领先水平。

金属双极板燃料电池单堆和石墨双极板燃料电池单堆的额定功率均已迈上300kW级别，并开发出了额定功率为400kW的石墨金属复合燃料电池电堆。截至2024年9月，国产石墨板燃料电池电堆最高体积功率密度（不含端板）为4.5kW/L，金属板燃料电池电堆最高体积功率密度（不含端板）为5.2kW/L。加拿大巴拉德石墨板燃料电池电堆最高体积功率密度（不含端板）为4.3kW/L，丰田金属板燃料电池电堆最高体积功率密度（不含端板）为5.4kW/L。石墨板燃料电池电堆性能基本达到国际一流水平，金属板燃料电池电堆性能与国际先进水平差距快速缩小。

在设计寿命方面，国内燃料电池系统设计寿命普遍为30000h，与国外先进水平一致，但由于国内燃料电池技术发展时间短、技术迭代速度快，设计寿命和实际使用寿命间的一致性有待进一步验证。在燃料电池辅助系统方面，空压机、循环泵、增湿器、系统控制器、热交换器以及水泵等主要设备国产化率普遍达到较高水平。

《报告》指出，在关键材料与核心零部件方面，当前我国采取石墨双极板和金属双极板并行的发展路线，且已具备较高国产化程度，产业化进程和技术发展势头迅猛。部分企业已开始复合双极板的研发试制工作。

第二代催化剂覆膜（CCM）催化剂电极是目使用最为广泛的膜电极制造工艺，我国已经掌握了较为成熟的膜电极制造技术，膜电极产品性能接近国际先进水平，部分指标达到国际先进水平，有序膜电极成为下一代膜电极制备技术的主攻方向。

燃料电池催化剂的技术壁垒与制造成本较高，产业化流程相对较长，我国已初步实现了商业化生产，但国产催化剂在铂担载量、催化剂活性、耐久性方面仍有提升空间。

在质子交换膜方面，国产质子交换膜产品已实现量产，部分性能指标与国际领先企业产品持平，并逐步实现国产产品的规模化替代。

燃料电池膜电极的气体扩散层是目前燃料电池“八大件”当中“卡脖子”问题较为突出的一种关键材料，虽然国产化碳纸已取得一定突破，部分性能参数已接近日本东丽等国际龙头品牌水平，但国产碳纸受限于碳纤维分散、连续化生产技术以及产品一致性等方面的制约，尚未实现商业化应用，进口产品目前在国内市场中仍占据优势地位。

总体来看，我国已具备较为成熟的燃料电池电堆及系统集成技术，性能指标已与国际先进水平接近，电堆与系统的国产化程度逐步提升，催化剂、质子交换膜、气体扩散层等核心材料在性能和市场占有率等方面仍有较大提升空间。