我國(guó)提出了將于 2030 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年實(shí)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(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要舉措。氫能將是我國(guó)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(shí)現(xiàn)氫能利用的先決條件。

伴隨國(guó)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(guò)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(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，相應(yīng)技術(shù)進(jìn)步可推動(dòng)氫氣制備、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)體系的發(fā)展升級(jí)。

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(guò)IATF 16949認(rèn)證。其自主研發(fā)的80-150kW級(jí)燃料電池電堆受到專(zhuān)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(cè)試，擇機(jī)將向行業(yè)公開(kāi)發(fā)布。

氫藍(lán)時(shí)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(jí)燃料電池系統(tǒng)獲得廣泛關(guān)注。搭載氫藍(lán)時(shí)代全球首款132kW級(jí)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(yùn)營(yíng)。

上汽集團(tuán)發(fā)布公告稱(chēng)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(tái)——M4電堆平臺(tái)。同時(shí)，基于該平臺(tái)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(guó)在1998 年才出現(xiàn)首個(gè)氫燃料電池發(fā)明專(zhuān)利，目前相關(guān)核心專(zhuān)利數(shù)僅占世界的 1% 左右。先發(fā)國(guó)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(duì)均衡，一些國(guó)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(chǔ)氫方面，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在國(guó)內(nèi)外獲得普遍使用，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在國(guó)外有較大發(fā)展，而國(guó)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(jī)氫載體（LOHC）儲(chǔ)氫在國(guó)外已有成熟產(chǎn)品和項(xiàng)目應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)仍處于小規(guī)模實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)期驗(yàn)證，主要技術(shù)為國(guó)外公司所掌握。

國(guó)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(yàn)證階段，部分公司已實(shí)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(guó)碳纖維研制從 20 世紀(jì) 80 年代中期才開(kāi)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(shí)滿(mǎn)足電堆對(duì)于低電阻、高滲透性、機(jī)械強(qiáng)度大等的要求，與國(guó)外高性能碳纖維材料相比仍有較大差距。我國(guó)已將碳纖維列為重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，金屬 BPs 實(shí)現(xiàn)小批量供貨，但耐久性、可靠性有待繼續(xù)檢驗(yàn)；相關(guān)研究單位或企業(yè)有中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、新源動(dòng)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(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，建成了自動(dòng)化生產(chǎn)線；金屬 BPs 電堆功率密度達(dá)到 3.8 kW/L，可在 –30 ℃低溫條件下自啟動(dòng)，完成 6000 h 實(shí)車(chē)工況耐久性測(cè)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(dòng)化生產(chǎn)線。貴研鉑業(yè)股份有限公司、中國(guó)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(guó)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(dòng)機(jī)。PEM 已具有國(guó)產(chǎn)化能力，年產(chǎn)能可達(dá)數(shù)萬(wàn)平方米，但高端產(chǎn)品還依賴(lài)進(jìn)口?？諝鈮嚎s機(jī)技術(shù)起步晚，2018 年實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并有小批量生產(chǎn)，但缺少低功耗、高速、無(wú)油的空氣壓縮機(jī)產(chǎn)品。

在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，珠江三角洲、長(zhǎng)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(chē)（客車(chē)、叉車(chē)）已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，燃料電池乘用車(chē)尚處在應(yīng)用示范階段。國(guó)產(chǎn)乘用車(chē)、商用車(chē)的電堆功率與國(guó)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(yàn)證。國(guó)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(dòng)、功率密度等性能顯著提升，具有年產(chǎn)萬(wàn)臺(tái)的批量化生產(chǎn)能力。然而與國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)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(chē)技術(shù)企業(yè)野心勃勃，勢(shì)必達(dá)到國(guó)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(gè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，最高效率60%，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)完全自主，掌握集成、控制、測(cè)試驗(yàn)證等全部核心技術(shù)。

億華通240kW氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)G系列產(chǎn)品功率覆蓋30-240kW，可滿(mǎn)足城市團(tuán)體、物流車(chē)、旅游大巴、牽引車(chē)、自卸車(chē)等多樣化動(dòng)力需求，可實(shí)現(xiàn)不同道路應(yīng)用場(chǎng)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(chē)與中極天璣4.5噸氫燃料城市高端物流車(chē)分別獲獎(jiǎng)，這兩款產(chǎn)品曾在今年上海車(chē)展期間首次對(duì)外亮相。格羅夫精準(zhǔn)抓住了氫能在汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇，憑借對(duì)諸多核心技術(shù)的自主掌控，取得了氫能在商用車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用的先機(jī)。

中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高表示，氫燃料電池技術(shù)突破的節(jié)點(diǎn)相比于動(dòng)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(chē)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)示范階段，未來(lái)五年是氫能燃料電池汽車(chē)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(shí)期國(guó)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(diǎn)突破全固態(tài)電池與燃料電池技術(shù)，實(shí)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(chē)、商用車(chē)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(kuò)張。就目前而言，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料的技術(shù)攻關(guān)才能根本解決問(wèn)題。

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