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氢燃料电池技术发展现状及未来展望

摘要：燃料电池技术具有能量转化率高、无环境污染、低噪音、可靠性高、
氢燃料来源广泛等特点，已成为世界各国重点发展的技术之一。本文概述了氢燃
料电池的应用现状和趋势。未来，氢燃料电池将大量投入到人们的生活当中，改

变日常生活习惯。

关键词：氢燃料电池；发展现状；未来展望

引言：

在全球绿色低碳转型趋势下，氢气作为一种清洁的高效的可再生能源，已成
为新一轮能源技术的变革方向，世界各国和地区正围绕氢能源加快全产业链布局。
燃料电池是一种将燃料和氧化剂在催化剂的作用下，把两者电化学反应产生的能

量直接转化为电能的装置，且能量转换效率高、无污染。

1、我国氢能发展现状

1.1制氢产业

2020年我国H2年产量约为2500万t。我国煤炭资源丰富，H2生产主要来源
于石化和煤化工企业，化石燃料制氢和工业副产气提纯技术制氢量约占全国制氢
总量的99%。中国煤炭工业协会数据显示，2020年我国的煤制氢量占比约62%，
天然气制氢量占比约19%，工业副产气提纯制氢量占比约18%，电解水制氢量占
比约1%，生物质制氢技术尚未完全成熟，其制氢占比可忽略不计。煤制氢是最成
熟的制氢技术，具有成本低、工艺简单以及可大规模量产等特点，但是生产过程

中会排放大量的CO2。目前，我国的CO2捕集、利用和封存技术，尚未完全成熟，
碳捕集的投资成本较高。近年来，可再生能源电解水制氢技术的发展热度越来越

高。索比光伏网公布的数据显示，2021年全球范围内电解水制氢项目高达50GW，

全球相关项目计划总量高达80GW。

1.2燃料电池产业
燃料电池按电解质的种类可分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸
型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池等。质子交换膜燃料电
池具有能源转化效率高、可靠性高、启动快、结构简单及无污染等特点，被认为
是燃料电池汽车和固定发电站的首选。燃料电池由电堆、空气压缩机、加湿器和

H2循环泵等系统部件构成，其中电堆占燃料电池成本约60%。电堆由双极板、催
化层、扩散层和质子交换膜部件等构成，其部件的材料决定了燃料电池的性能和
使用寿命。我国致力于质子交换膜燃料电池技术的研究，开展了双极板、催化剂
和质子交换膜等关键材料研究。目前，我国已实现石墨双极板自主化生产、金属

双极板小规模生产，部分公司已将燃料电池功率密度提升到2KW/L以上。大连化
物所和贵研铂业在低铂催化剂领域做了大量研究，并在降低铂含量方向取得了突

破性进展，国内氢燃料电池催化剂的铂载量约0.3-0.4g/KW。我国在质子交换膜
的制作工艺及新型材料上做了大量的研究，已初步具备了质子交换膜研发和生产

的能力。

1.3氢能汽车产业

我国对氢能汽车制造的研究几乎与国外同步。2004年，亿华通公司参与《国
家氢燃料电池汽车的相关科研》项目，开展氢能汽车的相关研究。2006年，金龙
客车与上海交通大学联合研制出了国内第一台氢燃料电池电动公交车。2008年，
金龙客车和清华大学共同参与新型氢能客车的研制，并且成功运行。2014年，东

岳集团与加拿大AFCC公司签订了《联合开发车用燃料电池膜电极协议》，打破
了国外车用膜电极技术垄断的局面。2018年，中国一汽首台自主研发氢能汽车成
功点火，标志着我国在氢燃料电池汽车领域取得重大突破。随着氢能产业规模不
断扩大，2018年之后国内众多车企开展了氢能汽车核心技术研究，在多个地区建
立氢能汽车示范基地。上汽集团与上海市签订合作协议，结合上海市氢能产业发

展规划，积极开展氢能汽车示范项目。

1.4加氢站产业

加氢站将H2压缩并储存在高压储气罐中，通过加氢机完成加注服务。2020
年底我国已建设120余座加氢站，加氢站数量仅次于日本。目前，国内35MPa型
加氢站技术较为成熟，仅能满足少部分氢能汽车的加注需求。70MPa型加氢站的
储气瓶的材料尚未完全实现自主化生产，压缩机、加氢机及部分关键零部件依赖
于进口，其建站投资成本超千万元。我国仅有如皋神华加氢站、上海驿蓝金山加

氢站以及山东潍柴加氢站等部分加氢站具备35MPa和70MPa两种加注能力。将氢
能与石油行业结合，可充分发挥石油行业现有的资源和技术优势，可通过对现有

的油气管网和加油站等基础设施改造升级加快氢能产业布局。

2、产业未来展望

2.1制氢产业

目前，我国的化石能源制氢和工业副产氢等技术相对成熟，具备大规模制备
的产业基础，其主要以煤气化、煤焦化、甲醇裂解、天然气重整及工业副产气提

纯等方式生产H2。但是生产过程中会排放大量的CO2，与我国“30碳达峰、60
碳中和”的战略目标不符。传统的化石能源制氢技术与CCUS技术相结合，可有
效降低制氢过程中CO2的排放量。目前，CCU