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氫能技術可行性如何？

氫能上下游鏈條長，橫跨能源、交通、工業等領域，關鍵環節的技術可行性是貫通產業鏈的前提。一項技術是否可行，不僅要看實驗室數據，更要看是否能轉化為實際應用。站在投資的角度，判斷技術可行性最直接的角度是分析其產業化進展。

在關鍵環節上，氫能相關技術均已實現突破，產業化的基礎奠定，未來進入逐步調優的階段。氫燃料電池汽車應用是氫能產業的突破口，目前處在示范導入期，氫燃料電池是其中關鍵因素；氫能供給的成熟是大規模市場化的前提，尚處早期但發展路徑明確。

1、氫燃料電池已跨過從0到1的階段

氫燃料電池效率極高，目前可達到50％，若實現熱電聯供理論效率可達90％。對比之下，內燃機熱效率最高的豐田發動機能達到41％（理想條件下），過去60年頂級內燃機效率僅增加了10％。

質子交換膜燃料電池是當前技術成熟度最高的技術路線，具有啟動快、工作溫度低、功率密度高等優勢，尤其適合交通和固定式電源場景。根據E4Tech統計，質子交換膜燃料電池裝機量全球占比近幾年保持在 75％左右水平。本節主要圍繞質子交換膜燃料電池分析。

氫燃料電池及其零部件均已量產應用，但部分關鍵零部件技術路線尚未成熟，國內外產業化情況存在較大差距。氫燃料電池由電堆和系統輔助部件組成，此外系統控制策略對其壽命和可靠性有著重要影響。氫燃料電池八大關鍵零部件為催化劑、氣體擴散層、質子交換膜、膜電極、雙極板、電堆、空氣壓縮機、氫循環泵。

（1）電堆

電堆是整個電池系統的核心，包括由膜電極、雙極板構成的各電池單元以及集流板、端板、密封圈等。國內電堆功率與國外產品大致相當，但系統可靠性、綜合壽命方面還需工況驗證。

①膜電極（MEA）

膜電極是電堆的核心，提供發生電化學反應的場所，直接影響電池輸出性能和反應效率。CCM（catalyst coated－membrane，催化劑／質子交換膜組件）是第二代膜電極裝配工藝，目前被廣泛使用，具有高鉑利用率和耐久性強的優點。

質子交換膜、催化劑、氣體擴散層是膜電極的關鍵材料，直接決定了氫燃料電池的功率密度和使用壽命。

A．質子交換膜（PEM）

全氟磺酸膜是常用的商業化 PEM，屬于固體聚合物電解質，具有質子傳導率高、耐強酸強堿等優異特性。目前質子交換膜市場被國外壟斷，戈爾公司的增強復合膜占據了90％以上的份額，8微米產品成熟。國內技術尚處于產業化初期，產品性能、可靠性尚有差距，處于送樣測試、小規模驗證階段，但價格低30％－40％。

B．催化劑

催化劑是影響氫燃料電池活化極化的主要因素，是氫燃料電池的關鍵材料。催化劑選用需要考慮工作條件下的耐高溫和抗腐蝕問題，常用的是擔載型催化劑 Pt／C（Pt 納米顆粒分散到碳粉載體上）。Pt是貴金屬，業內一般采取小粒徑的 Pt 納米化分散制備技術，而且正在向低Pt載量、無Pt化方向研究。日本田中貴金屬、英國莊信萬豐是催化劑的老牌廠商，根據 GGII 統計，占據了國內80％份額。國內催化劑廠商處于送樣測試、小批量生產階段。

C．氣體擴散層

空氣與氫氣通入到陰、陽極上的催化劑層，需要穿越氣體擴散層（GDL），其性能對催化劑的電催化活性、電堆能量轉換至關重要。氣體擴散層還是燃料電池的“水管理中心”，通過對水的有效管理，可提高燃料電池的穩定性、經濟性。研制親疏水性合理、表面平整、孔隙率均勻且高強度的氣體擴散層材料，是氫燃料電池關鍵技術之一。

氣體擴散層技術狀態成熟，但面臨挑戰是大電流密度下水氣通暢傳質的技術問題和大批量生產問題，生產成本依然居高不下。具備穩定供應能力的企業主要有日本東麗、德國 SGL 集團、加拿大巴拉德和美國 E－TEK 。國內氣體擴散層產業化進展較慢，處于送樣測試階段。

②雙極板（BPs）

雙極板又稱流場板，起到分隔反應氣體、除熱、排出化學反應產物（水）的作用，需滿足電導率高、導熱性和氣體致密性好、機械和耐腐蝕性能優良等要求。根據基體材料種類的不同，雙極板可分為石墨板、金屬板。此外還有采用復合材料的復合板，目前市場應用較少。

金屬板相比石墨板各有優劣。從應用場景來看，石墨板更適合對體積質量要求低、工況友好的場景；金屬板則適用場景更加多元化，尤其適合交通運輸場景。相對而言，金屬板的工藝提升和降成本空間更大。兩條技術路線很可能會演繹出三元鋰和磷酸鐵鋰的格局。

石墨板生產已較為成熟，金屬板以豐田為代表最早實現突破，國內以愛德曼氫能為代表的廠商近年來實現量產，后來出現的廠商大多采用金屬板技術路線。