2017年中国燃料电池发展现状与前景展望

　　一、燃料电池发展现状

资料来源：公开资料整理

　　早在 20 世纪 50 年代，我国就开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多的突破。政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出 30kW 级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展，相继开发出 60kW、75kW 等多种规格的质子交换膜燃料电池组；开发出电动轿车用净输出40kW、城市客车用净输出 100kW 燃料电池发动机，使中国的燃料电池技术跨入世界先进国家行列。

　　我国政府非常重视燃料电池技术的发展。在90 年代后，加大了对燃料电池的政策扶持力度。国家科委批准将“燃料电池技术”列为国家“九五”、“十五”计划中重大科技攻关项目之一。2010 年我国自主研发的氯碱用全氟离子膜、燃料电池膜实现国产化。历经 8 年科研攻关，打破了美国、日本长期对该项技术的垄断。与此同时，企业完成的用于制造燃料电池核心材料磺酸树脂离子膜的年产 500 吨的生产装置已经建成投产，解决了氢燃料电池生产的重大瓶颈，我国由此成为世界上第二个拥有该项技术和产业化能力的国家。在国家政策和行业技术发展的共同推动下，上汽集团、长安汽车和东风汽车等主要汽车公司纷纷与燃料电池制造商合作推出自己品牌的燃料

　　电池轿车和燃料电池客车，有力地推动了我国燃料电池汽车的进步，技术水平与国际汽车巨头也相差不远。

　　我国的专利数量排名第五。从技术细节方面来看，中国则更为关注电极和催化剂；从技术分类来看，中国关注质子交换膜燃料电池技术。国内燃料电池核心技术与部件研发方面，上海、北京、辽宁均非常重视电极的研发，申请的专利数量不相上下；上海在燃料电池系统、膜电极组件、电堆和双极板研发上在国内具有优势；北京在催化剂上领先；而辽宁在双极板研发上具有优势。但是，我国的专利申请主要集中在研究院所和高校，企业专利申请数量较少。

　　二、燃料电池能效与经济性分析

　　中经先略数据中心发布的《2017-2022年中国氢燃料电池市场运营态势及行业发展趋势研究报告》显示，近年来，燃料电池汽车的迅猛发展和商业化的推进席卷了整个世界，其高效节能以及零排放或接近零排放的良好环境性能，使之迅速成为当今世界能源和交通领域开发的热点。随着国际各大汽车生产商和石油巨头的积极参与，从资金到技术的大力投入，燃料电池汽车已经走出实验室，开始商业化旅程。很多专家更是乐观地认为，燃料电池汽车将引发汽车工业的革命，最终取代传统内燃机车成为主流。

　　基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的燃料电池汽车需要氢气作为燃料。目前国际上燃料电池技术已发展到较高水平，要实现燃料电池汽车的商业化，主要问题就是解决氢源问题和降低成本，而氢源技术已成为燃料电池商业化的技术瓶颈。

　　车用燃料电池的燃料来源主要有两种，一是直接用氢，二是车载制氢技术。而这两种方法又存在诸多不同的技术路线，因此什么样的氢源最适合用于燃料电池汽车的问题一直都是争论的焦点。目前，我国在燃料电池技术总体水平上与国际先进水平还有很大差距，要想迎头赶上，必须找到适合本国国情的最佳切入点，即从环境、能效和经济性角度考察，提出综合性能最优的技术路线，以便为我国的燃料电池汽车的燃料选择提供依据。

　　在我国研发燃料电池汽车时，应充分考虑多煤、少气、贫油的能源结构以及资源分布不均的国情，不同的地域采取适合本地特色的能源战略，最大限度地发挥自身的优势。

　　由于在新技术发展的初期存在太多的不确定因素，包括技术和经济可行性以及国家政策等，因此预测也将存在很大的不确定性。总体上讲，燃料电池汽车技术将会呈现多元化而且相互渗透式发展，也就是说燃料电池的氢源选择不太可能局限于某一种方式，而是多种方式并存并且共同发展，而各种氢源选择方式之间既相互促进，又相互限制。目前国际有关机构已对很多制氢技术进行试点运作，我国的技术与国际先进水平相比尚有差距而且存在国情差异，因此是否会相应推广这些技术还有待在实际发展中检验。

　　燃料电池汽车具有传统内燃机车所不具备的高效节能环保特性，所以有广阔的发展前景，但要真正实现商业化，必须解决氢源基础设施这个技术壁垒，而这被认为是比开发燃料电池汽车本身更复杂的技术难题。目前在我国，以氢气作为车用燃料的供应设施基本还是空白，需要从头建设。由于牵涉到能源供应体系的改变并需要巨额投资，因此这项工程非常有必要作为一项重大的战略课题进行研究，从而为我国燃料电池汽车氢源技术的正确发展奠定基础。

　　三、燃料电池发展面临的问题

　　目前燃料电池在交通领域的应用日趋成熟，并得到积极推广，燃料电池车已经从开发阶段进入市场导入阶段，前景广阔，但需加快推进商业化步伐。

　　燃料电池作为一种新型发电方式，具有高效率和零污染排放特点，将在能源领域发挥越来越重要的作用，是实现能源低碳化、清洁化的重要途径。随着燃料电池技术的不断突破，以及成本的大幅降低，燃料电池产业化发展已经引起国内外高度重视。世界各大汽车公司纷纷宣布2015年左右逐渐步入燃料电池汽车商业化阶段，尤其是丰田公司已在2014年底开始销售燃料电池汽车，极大刺激了全球燃料电池汽车的商业化进程。

　　目前燃料电池正在得到积极推广，但在大规模发电领域的商业化应用仍处于初级阶段。

　　从2005年到2012年这7年时间，通过全世界共同努力，基本上解决了燃料电池可以满足汽车的需求，燃料电池功率密度达到了接近内燃机的水平。从燃料电池的寿命看，小车达到了5000小时，大巴超过了1万小时。此后主要是解决如何降低成本和实现批量生产的问题，以及建设加氢站的问题。

　　从国际上来看，燃料电池车已进入市场的导入阶段，现在的核心问题是建生产线降成本和加氢站的建设，它的功率密度已经达到了内燃机车的水平，满足了车的要求。从国内来看，我国车用燃料电池起步并不晚，性能跟国际水平比较接近，但可靠性和耐久性与国际水平仍有较大差距。目前已有200余辆燃料电池车在国内运行，累计运行公里数超过10万公里。中国现在能够运行的加氢站有三个，上海、北京、郑州各一个。

　　燃料电池商业前景虽然广阔，但仍有很长一段路要走。我国在燃料电池材料方面已经达到国际领先水平，但还没有进入商业化应用。在提高电池性能同时，必须提高燃料电池发动机系统的可靠性和耐久性，加快推进燃料电池发动机快速评价方法，推动示范运行，促进关键的产业链和技术链的形成。此外，加氢站的建设任务也很艰巨。

　　四、燃料电池应用潜力与前景

　　（1）燃料电池的应用潜力

　　目前燃料电池虽然由于成本昂贵、技术尚未完全成熟而无法得以广泛应用，但以其具清洁、高效、无污染等优点必将拥有广泛的应用前景。尤其是质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高功率、低温运行、快速启动、无噪声等特点，使其在电动汽车、航天、军事等领域有着极其重要的应用。

　　与国外相比，我国的燃料电池研究水平还比较低，其原因有：①70年代我国研制的航天用AFC与国外的差距还很小，但此后由于种种原因停止了对燃料电池的研究工作，直到90年代初才重新开展燃料电池的研究工作，致使我国燃料电池的研究水平大大落后于国外；②现在对燃料电池的研究的投入还不够，大多仅依靠国家自然科学基金会的少量资助。

　　（2）燃料电池的趋势预测

　　经过长时间、持续稳步的支持，国外燃料电池汽车产品的可靠性、环境适应性(如低温启动性能)取得了重大突破，示范运行不断深入，并陆续推出用于租赁商业化示范的先进燃料电池汽车。燃料电池汽车进入技术与市场示范阶段。

　　虽然燃料电池由于目前使用成本仍偏高，利用率不太高，不过未来随着传统石化燃料短缺、消费者环保需求提升、及燃料电池技术不断进步等因素刺激下，燃料电池将在洁净电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景广泛，特别是小型便携式产品用直接甲醇燃料电池和车用质子交换膜燃料电池将大有作为。