氢能技术可行性如何？

氢能上下游链条长，横跨能源、交通、工业等领域，关键环节的技术可行性是贯通产业链的前提。一项技术是否可行，不仅要看实验室数据，更要看是否能转化为实际应用。站在投资的角度，判断技术可行性最直接的角度是分析其产业化进展。

在关键环节上，氢能相关技术均已实现突破，产业化的基础奠定，未来进入逐步调优的阶段。氢燃料电池汽车应用是氢能产业的突破口，目前处在示范导入期，氢燃料电池是其中关键因素；氢能供给的成熟是大规模市场化的前提，尚处早期但发展路径明确。

1、氢燃料电池已跨过从0到1的阶段

氢燃料电池效率极高，目前可达到50％，若实现热电联供理论效率可达90％。对比之下，内燃机热效率最高的丰田发动机能达到41％（理想条件下），过去60年顶级内燃机效率仅增加了10％。

质子交换膜燃料电池是当前技术成熟度最高的技术路线，具有启动快、工作温度低、功率密度高等优势，尤其适合交通和固定式电源场景。根据E4Tech统计，质子交换膜燃料电池装机量全球占比近几年保持在 75％左右水平。本节主要围绕质子交换膜燃料电池分析。

氢燃料电池及其零部件均已量产应用，但部分关键零部件技术路线尚未成熟，国内外产业化情况存在较大差距。氢燃料电池由电堆和系统辅助部件组成，此外系统控制策略对其寿命和可靠性有着重要影响。氢燃料电池八大关键零部件为催化剂、气体扩散层、质子交换膜、膜电极、双极板、电堆、空气压缩机、氢循环泵。

（1）电堆

电堆是整个电池系统的核心，包括由膜电极、双极板构成的各电池单元以及集流板、端板、密封圈等。国内电堆功率与国外产品大致相当，但系统可靠性、综合寿命方面还需工况验证。

①膜电极（MEA）

膜电极是电堆的核心，提供发生电化学反应的场所，直接影响电池输出性能和反应效率。CCM（catalyst coated－membrane，催化剂／质子交换膜组件）是第二代膜电极装配工艺，目前被广泛使用，具有高铂利用率和耐久性强的优点。

质子交换膜、催化剂、气体扩散层是膜电极的关键材料，直接决定了氢燃料电池的功率密度和使用寿命。

A．质子交换膜（PEM）

全氟磺酸膜是常用的商业化 PEM，属于固体聚合物电解质，具有质子传导率高、耐强酸强碱等优异特性。目前质子交换膜市场被国外垄断，戈尔公司的增强复合膜占据了90％以上的份额，8微米产品成熟。国内技术尚处于产业化初期，产品性能、可靠性尚有差距，处于送样测试、小规模验证阶段，但价格低30％－40％。

B．催化剂

催化剂是影响氢燃料电池活化极化的主要因素，是氢燃料电池的关键材料。催化剂选用需要考虑工作条件下的耐高温和抗腐蚀问题，常用的是担载型催化剂 Pt／C（Pt 纳米颗粒分散到碳粉载体上）。Pt是贵金属，业内一般采取小粒径的 Pt 纳米化分散制备技术，而且正在向低Pt载量、无Pt化方向研究。日本田中贵金属、英国庄信万丰是催化剂的老牌厂商，根据 GGII 统计，占据了国内80％份额。国内催化剂厂商处于送样测试、小批量生产阶段。

C．气体扩散层

空气与氢气通入到阴、阳极上的催化剂层，需要穿越气体扩散层（GDL），其性能对催化剂的电催化活性、电堆能量转换至关重要。气体扩散层还是燃料电池的“水管理中心”，通过对水的有效管理，可提高燃料电池的稳定性、经济性。研制亲疏水性合理、表面平整、孔隙率均匀且高强度的气体扩散层材料，是氢燃料电池关键技术之一。

气体扩散层技术状态成熟，但面临挑战是大电流密度下水气通畅传质的技术问题和大批量生产问题，生产成本依然居高不下。具备稳定供应能力的企业主要有日本东丽、德国 SGL 集团、加拿大巴拉德和美国 E－TEK 。国内气体扩散层产业化进展较慢，处于送样测试阶段。

②双极板（BPs）

双极板又称流场板，起到分隔反应气体、除热、排出化学反应产物（水）的作用，需满足电导率高、导热性和气体致密性好、机械和耐腐蚀性能优良等要求。根据基体材料种类的不同，双极板可分为石墨板、金属板。此外还有采用复合材料的复合板，目前市场应用较少。

金属板相比石墨板各有优劣。从应用场景来看，石墨板更适合对体积质量要求低、工况友好的场景；金属板则适用场景更加多元化，尤其适合交通运输场景。相对而言，金属板的工艺提升和降成本空间更大。两条技术路线很可能会演绎出三元锂和磷酸铁锂的格局。

石墨板生产已较为成熟，金属板以丰田为代表最早实现突破，国内以爱德曼氢能为代表的厂商近年来实现量产，后来出现的厂商大多采用金属板技术路线。