我國提出了將于 2030 年實現(xiàn)碳達峰、2060 年實現(xiàn)碳中和的發(fā)展愿景。積極發(fā)展氫能，引導(dǎo)高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉(zhuǎn)變，是能源革新發(fā)展，實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要舉措。氫能將是我國能源領(lǐng)域的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，氫燃料電池技術(shù)是實現(xiàn)氫能利用的先決條件。

伴隨國內(nèi)燃料電池技術(shù)企業(yè)的增多，氫能與燃料電池板塊又掀起了一波熱潮。股市持續(xù)走高漲停，似乎也在預(yù)示著即將突破技術(shù)壁壘的可能。

氫燃料電池是以氫氣為燃料，通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、零排放、無噪聲等優(yōu)點，相應(yīng)技術(shù)進步可推動氫氣制備、儲藏、運輸?shù)燃夹g(shù)體系的發(fā)展升級。

自主創(chuàng)新 企業(yè)正在發(fā)力中

燃料電池系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)企業(yè)屢屢傳出好消息，近期，氫晨科技順利通過IATF 16949認(rèn)證。其自主研發(fā)的80-150kW級燃料電池電堆受到專業(yè)認(rèn)證，此外氫晨透露，其研發(fā)的單堆230kW的大功率電堆已經(jīng)完成性能測試，擇機將向行業(yè)公開發(fā)布。

氫藍(lán)時代成為NQA首家IATF 16949體系認(rèn)證的氫燃料電池系統(tǒng)企業(yè)，其自主研發(fā)的50-130kW級燃料電池系統(tǒng)獲得廣泛關(guān)注。搭載氫藍(lán)時代全球首款132kW級單堆氫燃料電池系統(tǒng)的氫能重卡此前在深圳西部港區(qū)正式投入運營。

上汽集團發(fā)布公告稱公司擬拆分所屬子公司捷氫科技至科創(chuàng)板上市，此前十月底，捷氫科技推出了最新一代燃料電池電堆平臺——M4電堆平臺。同時，基于該平臺的首款燃料電池電堆——捷氫啟源M4H，以及燃料電池系統(tǒng)——捷氫啟源P4H、P4L也同步亮相。

研究與發(fā)展 政策扶持下的產(chǎn)業(yè)突破

我國在1998 年才出現(xiàn)首個氫燃料電池發(fā)明專利，目前相關(guān)核心專利數(shù)僅占世界的 1% 左右。先發(fā)國家在氫燃料電池系統(tǒng)、組件、控制技術(shù)、電極等方面發(fā)展相對均衡，一些國際性企業(yè)在燃料電池系統(tǒng)、電池組件與加工、控制技術(shù)等方面居于世界領(lǐng)先地位。

在儲氫方面，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)在國內(nèi)外獲得普遍使用，低溫液態(tài)儲氫在國外有較大發(fā)展，而國內(nèi)暫限于民用航空領(lǐng)域的小范圍使用。液氨、甲醇、氫化物、液體有機氫載體（LOHC）儲氫在國外已有成熟產(chǎn)品和項目應(yīng)用，而國內(nèi)仍處于小規(guī)模實驗階段。催化劑、GDL 等關(guān)鍵零部件或材料處在研究與小規(guī)模生產(chǎn)階段，批量化產(chǎn)品的可靠性、耐久性還需要長期驗證，主要技術(shù)為國外公司所掌握。

國內(nèi)幾家企業(yè)目前均處于氫氣循環(huán)泵的產(chǎn)品研發(fā)驗證階段，部分公司已實現(xiàn)小批量產(chǎn)品供貨。碳紙、碳布是制備 GDL 的關(guān)鍵材料，基礎(chǔ)材料是碳纖維；我國碳纖維研制從 20 世紀(jì) 80 年代中期才開始，目前尚處于小規(guī)模生產(chǎn)階段，生產(chǎn)的碳纖維很難同時滿足電堆對于低電阻、高滲透性、機械強度大等的要求，與國外高性能碳纖維材料相比仍有較大差距。我國已將碳纖維列為重點支持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，相關(guān)技術(shù)在產(chǎn)業(yè)政策扶持下有望加速發(fā)展。

石墨 BPs 已實現(xiàn)國產(chǎn)化，金屬 BPs 實現(xiàn)小批量供貨，但耐久性、可靠性有待繼續(xù)檢驗；相關(guān)研究單位或企業(yè)有中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、新源動力股份有限公司等氫燃料電池電堆供應(yīng)商，產(chǎn)品功率達到國際先進水平，建成了自動化生產(chǎn)線；金屬 BPs 電堆功率密度達到 3.8 kW/L，可在 –30 ℃低溫條件下自啟動，完成 6000 h 實車工況耐久性測試。

安徽明天氫能科技股份有限公司、雄韜電源科技有限公司已經(jīng)建成電堆自動化生產(chǎn)線。貴研鉑業(yè)股份有限公司、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等從事催化劑研究，其中中國科學(xué)院大連化學(xué)物理所制備的 Pt3Pd/C 合金催化劑已應(yīng)用于燃料電池發(fā)動機。PEM 已具有國產(chǎn)化能力，年產(chǎn)能可達數(shù)萬平方米，但高端產(chǎn)品還依賴進口。空氣壓縮機技術(shù)起步晚，2018 年實現(xiàn)國產(chǎn)化并有小批量生產(chǎn)，但缺少低功耗、高速、無油的空氣壓縮機產(chǎn)品。

在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，珠江三角洲、長江三角洲、京津翼地區(qū)涌現(xiàn)出了數(shù)百家氫燃料電池公司；氫燃料電池商用車（客車、叉車）已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，燃料電池乘用車尚處在應(yīng)用示范階段。國產(chǎn)乘用車、商用車的電堆功率與國外產(chǎn)品大致相當(dāng)，但系統(tǒng)可靠性、耐久性、比功率、綜合壽命方面還需工況驗證。國內(nèi)一些企業(yè)掌握了氫燃料電池系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)品的冷啟動、功率密度等性能顯著提升，具有年產(chǎn)萬臺的批量化生產(chǎn)能力。然而與國際先進水平相比，國產(chǎn)電池系統(tǒng)核心零部件及系統(tǒng)的耐久性與可靠性仍存在一定差距。

發(fā)展艱難 燃料電池技術(shù)行穩(wěn)致遠(yuǎn)

燃料電池汽車技術(shù)企業(yè)野心勃勃，勢必達到國際領(lǐng)先水平。一汽紅旗已經(jīng)將燃料電池技術(shù)視為新能源布局中的重要戰(zhàn)略部署，目前一汽已經(jīng)完成了50kW和100kW兩個燃料電池發(fā)動機平臺的開發(fā)，最高效率60%，發(fā)動機開發(fā)完全自主，掌握集成、控制、測試驗證等全部核心技術(shù)。

億華通240kW氫燃料電池發(fā)動機G20＋于近日首發(fā)，截至目前，億華通自主大功率燃料電池發(fā)動機G系列產(chǎn)品功率覆蓋30-240kW，可滿足城市團體、物流車、旅游大巴、牽引車、自卸車等多樣化動力需求，可實現(xiàn)不同道路應(yīng)用場景全覆蓋。

格羅夫打造的兩款氫能產(chǎn)品——中極天樞49噸氫燃料牽引車與中極天璣4.5噸氫燃料城市高端物流車分別獲獎，這兩款產(chǎn)品曾在今年上海車展期間首次對外亮相。格羅夫精準(zhǔn)抓住了氫能在汽車領(lǐng)域的發(fā)展機遇，憑借對諸多核心技術(shù)的自主掌控，取得了氫能在商用車市場應(yīng)用的先機。

中國科學(xué)院院士歐陽明高表示，氫燃料電池技術(shù)突破的節(jié)點相比于動力電池晚了十年左右，但是近兩年氫燃料電池技術(shù)的成本已經(jīng)快速下降。氫燃料電池汽車已經(jīng)進入大規(guī)模商業(yè)示范階段，未來五年是氫能燃料電池汽車關(guān)鍵的決定期。

11月24日，北京市人民政府印發(fā)《北京市“十四五”時期國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)規(guī)劃》，其中表示，“電池技術(shù)方面重點突破全固態(tài)電池與燃料電池技術(shù)，實現(xiàn)全固態(tài)電池和燃料電池電堆的工程化應(yīng)用。”

燃料電池技術(shù)是氫能發(fā)展的重中之重，從零部件生產(chǎn)到系統(tǒng)的自主研發(fā)，再到乘用車、商用車的整合，燃料電池技術(shù)的發(fā)展之路坎坷艱難但仍舊有所突破。企業(yè)成果的不斷增多和政策的側(cè)重催生著燃料電池的應(yīng)用與擴張。就目前而言，實現(xiàn)關(guān)鍵材料的技術(shù)攻關(guān)才能根本解決問題。

文中部分內(nèi)容來源：氫燃料電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望[J].中國工程科學(xué)，2021,23(4):162-171.