燃料電池是一種直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。從理論上來講,只要連續(xù)供給燃料，燃料電池便能連續(xù)發(fā)電，已被譽(yù)為是繼水力、火力、核電之后的第四代發(fā)電技術(shù)。
氫燃料電池與常見的鋰電池不同，系統(tǒng)更為復(fù)雜，主要由電堆和系統(tǒng)部件（空壓機(jī)、增濕器、氫循環(huán)泵、氫瓶）組成。電堆是整個電池系統(tǒng)的核心，包括由膜電極、雙極板構(gòu)成的各電池單元以及集流板、端板、密封圈等。膜電極的關(guān)鍵材料是質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層，這些部件及材料的耐久性（與其他性能）決定了電堆的使用壽命和工況適應(yīng)性。
氫燃料電池核心材料的技術(shù)研發(fā)和精益制造是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。目前，國內(nèi)燃料電池材料產(chǎn)業(yè)布局持續(xù)加碼，市場局面進(jìn)一步打開。
雙極板
燃料電池常用的雙極板包括金屬雙極板、無孔石墨雙極板以及復(fù)合材料雙極板3大類。
目前國內(nèi)石墨雙極板應(yīng)用較為廣泛，多用于商用車領(lǐng)域。金屬雙極板則多用于乘用車領(lǐng)域，豐田 Mirai、 現(xiàn)代 NEXO 等均采用的是金屬雙極板。復(fù)合材料雙極板多數(shù)處于研究階段，目前市場上 復(fù)合石墨板電堆較少，主要由于其成本高，工藝復(fù)雜， 難以批量生產(chǎn)。
今年1月，廣東環(huán)華氫能科技有限公司100萬片柔性石墨雙極板量產(chǎn)基地正式投產(chǎn)。3月初，氫璞創(chuàng)能正式對外發(fā)布第六代碳復(fù)合板電堆以及高功率密度200kW金屬板電堆。整體來看，國內(nèi)雙極板市場正不斷擴(kuò)張，技術(shù)水平也不斷提升。
質(zhì)子交換膜
質(zhì)子交換膜按照含氟量分為全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、復(fù)合膜等。
目前全氟質(zhì)子交換膜是主流的技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化程度較高，主要應(yīng)用在下游燃料電池、上游電解水制氫、儲能電池等領(lǐng)域。
近年來，國內(nèi)質(zhì)子交換膜市場發(fā)展迅速，國產(chǎn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)。東岳未來氫能150萬m2質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程、武漢綠動華中氫能產(chǎn)業(yè)基地30萬m2的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)，浙江漢丞已建成了年產(chǎn)30萬m2的質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線，未來還將擴(kuò)建至100萬m2。北京冬奧會中投運(yùn)的氫能大巴、淄博首批氫燃料電池冷藏車就應(yīng)用了武漢綠動、東岳未來氫能的質(zhì)子交換膜產(chǎn)品。
催化劑
燃料電池的關(guān)鍵材料之一，其作用是降低反應(yīng)的活化能，促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過程、提高反應(yīng)速率。催化劑分為鉑基催化劑和非鉑基催化劑，Ｐｔ／Ｃ是目前質(zhì)子交換膜燃料電池中所用的商業(yè)化催化劑。
國內(nèi)催化劑目前已進(jìn)口為主，2022年7月，優(yōu)美科于宣布在中國本土投資建廠，國產(chǎn)催化劑企業(yè)也在加快推進(jìn)商用進(jìn)程。目前以氫電中科、深航院、南京東焱、中科科創(chuàng)、中自科技等為代表的催化劑企業(yè)走進(jìn)客戶驗(yàn)證，向批量化生產(chǎn)的方向探索。
氣體擴(kuò)散層
氣體擴(kuò)散層的成本通常占燃料電池的20%-25%，由于涉及多個領(lǐng)域，技術(shù)要求較高，限制了很多企業(yè)入局，所以相比其他材料發(fā)展較慢。國外機(jī)構(gòu)對于碳纖維紙的研究起步較早，工藝較成熟，性能較好。氣體擴(kuò)散層難點(diǎn)在于碳紙，我國“八五”期間，專門研究過碳纖維造紙技術(shù)，但燃料電池用氣體擴(kuò)散層的碳纖維紙?zhí)幱谄鸩诫A段。
膜電極
是集膜、催化層、擴(kuò)散層于一體的組合件，也是燃料電池的核心部件之一。目前，國際上已經(jīng)發(fā)展了3代MEA技術(shù)路線。其中第一代、第二代技術(shù)已基本成熟，有序化膜電極是未來的發(fā)展方向。國產(chǎn)膜電極已經(jīng)占據(jù)主流，以鴻基創(chuàng)能、唐鋒能源、武漢理工氫電、擎動科技、億氫科技為代表的企業(yè)已經(jīng)助推國產(chǎn)膜電極進(jìn)入快速發(fā)展階段。2022年，鴻基創(chuàng)能在2022年6月達(dá)成了佛山基地的投產(chǎn)，其廣州基地加佛山基地總產(chǎn)能達(dá)1000萬片。
燃料電池發(fā)展
我國燃料電池材料自2022年以來進(jìn)步明顯，有質(zhì)子交換膜穩(wěn)定性和可靠性在提升，氣體擴(kuò)散層生產(chǎn)工藝優(yōu)化，催化劑耐久性提升等。燃料電池材料國產(chǎn)化進(jìn)程也十分迅速，膜電極企業(yè)代表有鴻基創(chuàng)能、唐鋒能源、武漢理工氫電、擎動科技、億氫科技等；質(zhì)子交換膜企業(yè)代表有東岳未來氫能、武漢綠動、科潤新材料等；氫電中科、中科科創(chuàng)等企業(yè)在催化劑領(lǐng)域開發(fā)成果顯著。
根據(jù)平安證券預(yù)測，2030年氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用將是萬億級的市場，以膜電極、雙極板為代表的電堆市場約600億，空壓機(jī)、循環(huán)泵等產(chǎn)值也是百億級。預(yù)計(jì)到2050年，氫能產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)值將達(dá)到十萬億級。