研判燃料电池产业链技术水平和发展趋势

2022年11月15日－11月17日，佛山市召开第六届氢能大会。

本届大会以“零碳中国，氢能未来”为主题，顶着疫情的压力，吸引了上百家氢能及燃料电池企业参展，说明了氢能及燃料电池行业蓬勃发展的喜人态势，但也能看出燃料电池产业尚未完全进入高潮，各公司迫切展示自身以找到目标客户维持自身存活发展的强烈愿望。

总体来说，氢能被国家赋予能源属性后，朝阳行业态势日益凸显，开始展现出政府期待的局面，并越来越获得社会资本的重视。在笔者参与的技术论坛上，每位分享人一下场便立马被各路投资团队团团围住询问相关问题并添加微信，寻找进场机会。

本人是一名燃料电池行业研发工程师，在参加展会的这几天里，几乎逛遍了所有展台并同相关技术进行了探讨交流，基于技术角度梳理分析了佛山氢能展燃料电池企业展品及其前景，希望这篇文章能够将佛山氢能展上的燃料电池参展企业串起来，给大家提供一个整体和全局的视角审视佛山燃料电池的参展企业，从而形成自身对相关企业的认识和定位，为投资打下基础。

此次参加氢能展会的燃料电池企业非常多，现将其分为两类，一类是氢能及燃料电池行业基础服务类，这类公司的特点是其产品比较成熟，在氢能与燃料电池行业的只是其业务板块的拓展且拓展难度小，这包括：1）传感器；2）流体减压及各类阀件；3）流体流量测量；4）流体杂质去除与纯化；5）散热水泵、散热液、散热风扇和散热器；6）生产产线搭建，如激光焊接、压堆机及电堆装配生产线等；7）密封胶和硅胶气管等；8）传统测试设备和电气设备，如直流电源、电子负载、高频阻抗仪及DC／DC等。

另一类是与燃料电池行业高度相关的公司，其业务基本只与燃料电池相关，存在技术攻关难度，是燃料电池的关键零部件，每种零部件的研发进度显著影响燃料电池在实际运用时的好坏程度，具有很宽的技术护城河且行业龙头未定，具有很高的投资价值，值得重点关注。分述如下。

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氢气供给系统

作为受到国家补贴的八大零部件之一，该系统的发展趋势是去除氢气循环泵以节约系统成本并降低设备复杂度。引射器发展的瓶颈问题在于低功率（小流量）工况下引射器不能工作，其技术路线是在一个引射器内放置多条引射回路以增加引射器的功率覆盖范围。此外，佳安氢源公司展览的氢气消纳器的展览让我眼前一亮，该部件着重解决燃料电池在密闭环境下长期使用导致的安全性问题，武汉理工大学的教授也基于此想法申请过科技部项目解决氢氧燃料电池在潜艇中运用的安全性问题。

图1 氢气供给系统

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空气供给系统

空气供给系统中技术含量最高的便是空气压缩机，作为燃料电池的“肺”，也是受到国家补贴的八大零部件之一，具有非常高的技术壁垒。随着质子交换膜逐渐变薄以及运行和控制策略优化，空气供给系统的发展趋势是加湿器将逐渐被淘汰以降低成本和系统复杂度。

图2 空气供给系统

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膜电极

膜电极性能的好坏很大程度上决定了燃料电池性能的好坏，被誉为燃料电池的“心脏”，也是能够拿到国家补贴的八大零部件之一。

膜电极内包含质子交换膜、催化层和扩散层（碳纸），也是能够拿到国家补贴的三大零部件，都具有非常高的技术含量。其中，膜电极的技术难点在于：1）如何使催化层均匀涂覆于质子交换膜表面；2）如何保持扩散层和催化层的良好接触；3）如何加快反应物质的传输速率并增大生成水的排除速率。

目前国内已经建成投产的均为膜电极的第二代生产技术，即卷对卷生产工艺（CCM），最先进的第三代膜电极技术为有序膜电极技术，这能极大地加快反应物质的传输速率并减小铂载量，目前正在研发阶段。

质子交换膜的技术难点在于：1）如何增加质子交换膜的温度耐受能力，避免质子交换膜在高温下的“脆化”现象，从而增加电堆系统工作温度，这有利于电堆的水热管理；2）如何在保证机械强度的条件下减薄质子交换膜厚度。这有利于减少电堆的内阻和电堆的水管理。质子交换膜的研发技术难度大，目前国内运用较多的仍为美国杜邦的Nafion膜，不过东岳和仙湖实验室也正迎头赶上，有成为该领域龙头的趋势。

催化剂的技术发展目标为：1）如何提高催化剂寿命；2）如何提高催化剂活性，减低活化阻抗；3）如何加强传质，减少浓差极化阻抗；4）如何降低铂载量，减少生产成本。

目前燃料电池的很多寿命数据都是基于催化剂在旋转圆盘电机上进行循环电势扫描得到的，但根据笔者的工程实际经验来看，这个数据与膜电极在整车工况使用下的实际寿命影响不大。

碳纸的主要生产材料是碳纤维，这部分技术我国还有待进步。

武汉理工一直是国内燃料电池研发的领头羊之一，之前制作的膜电极也多次出口国外，获得了上亿元的成交额，目前基于武汉理工成立的仙湖实验室，能够将功率密度做到2W／cm－2以上，可以算是国内头部企业之一了。此外，从丰田承担过第二代Mirai研发的李桦博士指出，当额定功率密度达到2．4W／cm－2＠0．6V，此时燃料电池的成本便能够逼近内燃机。

图3 仙湖实验室膜电极性能分析

图4 膜电极性能发展目标