燃料電池汽車（Fuel Cell Vehicle，F(xiàn)CV），是利用氫氣和空氣中的氧在燃料電池中經(jīng)催化劑作用，由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能作為主要動力源驅(qū)動的汽車。由于作為汽車能量供給的燃料電池是通過相對純凈的化學(xué)反應(yīng)使氫氣、甲醇等清潔能源產(chǎn)生電流，這使得燃料電池本身具有安全性高、對環(huán)境友好等特點(diǎn)，加之燃料電池汽車本身具有純電動汽車所沒有的續(xù)駛里程局限小和補(bǔ)充能量快的特點(diǎn)，使得燃料電池汽車成為汽車行業(yè)在解決全球能源和環(huán)境等問題最理想的方案之一，也是未來氫能下游產(chǎn)業(yè)鏈的主要發(fā)展領(lǐng)域。燃料電池作為燃料電池汽車中的核心部件，其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展直接影響燃料電池汽車的性能。根據(jù)使用電解質(zhì)種類，燃料電池可分為質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、直接甲醇燃料電池（DM-FC）等。其中，PMEFC具有發(fā)電效率高、無污染、無噪聲、冷啟動快以及比功率高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，在交通領(lǐng)域被視作是化石能源發(fā)動機(jī)的替代品。1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）技術(shù)簡介PEMFC的結(jié)構(gòu)單元主要由膜電極組件和雙極板構(gòu)成，其中膜電極組件是由質(zhì)子交換膜、催化劑與氣體擴(kuò)散層組合而成，是原料發(fā)生反應(yīng)的場所，雙極板是由帶流道的金屬或石墨薄板構(gòu)成,具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
（來源：WILBERFORCE T,EL-HASSAN Z,KHATIB F N《Development of Bi-polar plate design of PEM fuel cell using CFD techniques》)
燃料電池開始工作后，O2和H2作為反應(yīng)氣體分別從陰極流道和陽極流道進(jìn)入擴(kuò)散層，H2進(jìn)入陽極的催化層在催化劑的作用下分解為H+和電子，H+與水分子形成H3O+，H3O+可以通過擴(kuò)散作用從濃度較高的陽極順濃度梯度穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，與陰極催化層的O2發(fā)生反應(yīng)，生成H2O從陰極排出，而電子無法穿過質(zhì)子交換膜,便會順著外部電路到達(dá)陰極，產(chǎn)生電流，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。該過程涉及的反應(yīng)式如下:陽極反應(yīng)：H2(g)→2H+(aq)+2e陰極反應(yīng)：02(g)+4H+(aq)+4e→2H2O(1)總反應(yīng)：2H2(g)+O2(g)→2H2O(1)膜電極的耐久性直接決定燃料電池電堆的耐久性，進(jìn)而影響燃料電池汽車的使用壽命。目前，國內(nèi)已有一批可以獨(dú)立研發(fā)、生產(chǎn)膜電極的企業(yè)，如武漢理工氫電科技有限公司、鴻基創(chuàng)能科技有限公司、蘇州擎動動力科技有限公司等。從產(chǎn)品性能來看，我國研發(fā)的膜電極在主要性能參數(shù)方面與國際水平接近，已基本滿足產(chǎn)業(yè)化需求，下表為國內(nèi)外膜電極性能參數(shù)對比：（來源：Trend Bank，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理）
雙極板是PEMFC的核心元件，具體功能是提供氣流通道，防止燃料電池氣室中的氫氣和氧氣串通，并在串聯(lián)的陰極和陽極之間建立電流通路。目前較常用的雙極板有石墨雙極板、復(fù)合材料雙極板和金屬雙極板。我國石墨雙極板技術(shù)水平比較成熟，多家企業(yè)生產(chǎn)的石墨雙極板部分性能都已達(dá)國際先進(jìn)水平。如上海弘竣實(shí)業(yè)有限公司通過浸漬工藝，將石墨雙極板的孔隙率減少了95%以上；嘉裕碳素生產(chǎn)的石墨雙極板單面有槽厚度在0.5mm，雙面有槽厚度在0.8mm，單組石墨雙極板的厚度在1.3mm左右，提前突破了國家制定的2025年前單組石墨雙極板厚度1.5mm的要求；上海弘楓實(shí)業(yè)有限公司成功研發(fā)了超薄石墨雙極板，大大減少燃料電池堆的體積和重量，性能優(yōu)異，運(yùn)行穩(wěn)定。我國金屬和復(fù)合材料雙極板技術(shù)起步較晚，仍有較大的提升空間，相關(guān)企業(yè)有新源動力股份有限公司、上海冶臻新能源裝備有限公司、愛德曼氫能源裝備有限公司等。金屬雙極板方面，我國在涂層技術(shù)上已實(shí)現(xiàn)突破，開發(fā)了多種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的石墨基、鈦鉻基納米復(fù)合涂層，并應(yīng)用于金屬極板。此外，金屬雙極板的設(shè)計技術(shù)也取得較大進(jìn)展，開發(fā)出無須增濕金屬雙極板，利用波紋流場結(jié)構(gòu)對板面流體進(jìn)行合理分配，并通過對波紋周期參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不增濕條件下的堆內(nèi)保水。復(fù)合材料雙極板方面，它能較好地結(jié)合石墨板與金屬板的優(yōu)點(diǎn)，具有密度低、抗腐蝕、易成型的特點(diǎn)，能夠使電堆裝配后達(dá)到更好的效果。但是，由于其加工周期長、長期工作可靠性較差，在我國應(yīng)用較少。從我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程來看，未來的燃料汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要相關(guān)技術(shù)的不斷推進(jìn)。目前，在質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域我國已取得顯著進(jìn)展，多家企業(yè)先后趕超國際標(biāo)準(zhǔn)，但我國在技術(shù)水平上較技術(shù)領(lǐng)先國仍有較大差距，未來仍需加強(qiáng)研究方面的投入。同時，我國燃料電池汽車雖在燃料電池電堆的關(guān)鍵材料、動力系統(tǒng)的核心部件、整車集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)施的核心技術(shù)等方面有所突破，但大部分研究集中于實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)際應(yīng)用不足，難以將研究理論成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)業(yè)效能，未來需結(jié)合政府氫能政策，聯(lián)合上下游產(chǎn)業(yè)，建立大規(guī)模供給生產(chǎn)線，以實(shí)際應(yīng)用刺激相關(guān)技術(shù)的再進(jìn)步。1.王龍杰《燃料電池汽車優(yōu)勢及技術(shù)現(xiàn)狀》2.黃天縱，陳輝，吳勇，陶冠宇，夏思瑤，夏春懷《質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的研究進(jìn)展》3.王桂蕓，王旭，張藝書《中國車用燃料電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展》4.張偉，向洪坤《燃料電池汽車基本技術(shù)及發(fā)展綜述》5.吳婷，鐘叔華《燃料電池汽車PEMFC技術(shù)空間分布及其演變》
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