氫燃料電池是將氫氣與氧氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置，主要由陰極（空氣極）、陽極（氫氣極）、電解質(zhì)溶液、外部電路四部分組成。其工作原理實際上是電解水的逆反應(yīng)，氫氣和氧氣分別由電池的陽極和陰極通入。

陽極氫氣在催化劑作用下分解為質(zhì)子和電子，帶陽電荷的質(zhì)子穿過隔膜到達(dá)陰極，帶陰電荷的電子在外部電路運行，從而產(chǎn)生電能；在陰極上的氧氣在催化劑作用下和電子、質(zhì)子發(fā)生化合反應(yīng)生成水。

燃料電池系統(tǒng)不僅包括燃料電池本體，還應(yīng)該擁有氫氣、空氣供給系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、車載氫系統(tǒng)、輔助電源等系統(tǒng)，這樣，燃料電池方可正常工作。

1、氫燃料電池行業(yè)發(fā)展歷程

1）技術(shù)萌芽階段。其實燃料電池至今已有180多年的發(fā)展史，最早可以追溯到1839年。WillianRobertGrove是公認(rèn)的“燃料電池之父”，他提出的“氣體電池”原始模型，其工作原理為燃料電池的誕生奠定了理論基礎(chǔ)。

2）技術(shù)應(yīng)用突破階段。20世紀(jì)60年代，燃料電池正式應(yīng)用于航天領(lǐng)域，開啟了燃料電池的現(xiàn)代發(fā)展史。美國也成為第一個實現(xiàn)氫能源技術(shù)應(yīng)用的國家。

20世紀(jì)70年代以后，氫能作為一種新型清潔能源開始受到各國政府的關(guān)注，同時隨著多種先進(jìn)制氫技術(shù)的落地，氫燃料電池很快被運用于發(fā)電和汽車。1968年，通用汽車公司生產(chǎn)出了世界上第一輛可使用的氫燃料電池汽車，該燃料電池汽車以廂式貨車為基礎(chǔ)，裝載了最大功率為150kW的燃料電池組，續(xù)航里程為200km。

到了20世紀(jì)90年代，作為解決環(huán)境污染和能源供需問題的重要途徑之一，燃料電池電動汽車技術(shù)受到了空前重視，世界主要汽車廠商投入了大量的人力和物力研發(fā)燃料電池電動汽車。

3）產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展階段。2014年，豐田在全球首推4人乘坐的燃料電池車Mirai，續(xù)航500km，補充氫燃料僅需3分鐘，成為了燃料電池領(lǐng)域內(nèi)的里程碑事件。此后，氫燃料電池技術(shù)快速進(jìn)步、全球政策支持力度不斷加大、行業(yè)商業(yè)化步伐不斷提速，全球燃料電池產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展。作為實現(xiàn)車輛“零排放”的重要解決方案，氫燃料電池技術(shù)如今已成為各國產(chǎn)業(yè)競爭新的制高點。

2、氫燃料電池行業(yè)市場規(guī)模

目前，燃料電池根據(jù)其應(yīng)用場景不同可大體分為交通運輸用、固定式、便攜式燃料電池，近年來需求量均呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。2020年度全球燃料電池出貨量達(dá)1,319兆瓦，2016年-2020年復(fù)合增長率約26%。其中，交通運輸領(lǐng)域需求上升尤為顯著，年復(fù)合增長率約34%。

截至2020年底，全球氫燃料電池汽車保有量超過3萬輛，行業(yè)市場規(guī)模超1.2萬億元。韓國成為首個氫燃料電池汽車保有量超過萬輛級的國家。我國保有量為7352輛，約占全球規(guī)模的24%。

當(dāng)前燃料電池整體應(yīng)用領(lǐng)域由清潔電站、輔助電源為應(yīng)用場景的固定式電源向交通運輸為應(yīng)用場景的車用電源轉(zhuǎn)變。據(jù)國際氫能委員會的預(yù)測，到2050年全球氫能源消費將占全球總能源需求的18%，將為氫燃料電池及設(shè)備創(chuàng)造近20萬億元人民幣的市場價值。

3、氫燃料電池行業(yè)驅(qū)動因素

隨著中國石油、天然氣消費持續(xù)快速增長，國內(nèi)石油和天然氣對外依存度快速攀升。繼2017年成為世界最大原油進(jìn)口國之后，中國2018年又超過日本成為世界最大的天然氣進(jìn)口國。2020年我國全年石油凈進(jìn)口量5.42億噸，石油對外依存度升至73.5%，較上年提高1個百分點；天然氣進(jìn)口量1,408億立方米，同比增長2%，對外依存度達(dá)43.2%。

同時，中國的城市污染問題也迫在眉睫，因此我國政府高度重視清潔能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展，積極推動碳達(dá)峰、碳中和等國家戰(zhàn)略的落地。新能源汽車的發(fā)展可以很大程度上降低能源的對外依存度，減少碳排放。另一方面，我國大量的棄風(fēng)、棄光等可再生資源均可用于電解水制氫，將為燃料電池的能源供應(yīng)提供有力保障。

燃料電池汽車具有零排放、續(xù)航里程長、加氫時間短等優(yōu)勢，適用于遠(yuǎn)程公交、物流運輸?shù)冉煌ǚ绞剑軡M足長途、重載、商用等需求，可以有效補足純電動汽車應(yīng)用的短板，共同滿通運輸系統(tǒng)的需要。

此外，政府產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的明確吸引了各方資本的關(guān)注，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，我國擬從2020年發(fā)展以小功率燃料電池與大容量動力電池構(gòu)型為技術(shù)特征;到2025年以大功率燃料電池與中等容量動力電池為技術(shù)特征；最后到2030年以全功率燃料電池為技術(shù)特征。可以看出從國家能源戰(zhàn)略、環(huán)境保護(hù)及技術(shù)應(yīng)用角度出發(fā)，燃料電池汽車毫無疑問是新能源汽車的終極目標(biāo)之一。

4、氫燃料電池行業(yè)制約因素

氫能產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)設(shè)施的完善是現(xiàn)階段制約我國燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展的重大瓶頸。我國加氫站的建設(shè)存在投入成本高、缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系等特點，且上游氫氣制備、存儲、運輸體系亦不完善，導(dǎo)致目前氫氣成本超過燃油成本，規(guī)模化推廣應(yīng)用存在較大困難。

在國家政策和產(chǎn)業(yè)資本的大力支持下，我國燃料電池技術(shù)已經(jīng)取得了重大的突破，但是關(guān)鍵技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平仍存在差距，制造工藝有待進(jìn)一步提升。

目前，燃料電池質(zhì)子交換膜、雙極板、高壓氣瓶等核心部件基本依賴進(jìn)口，國內(nèi)關(guān)鍵材料開發(fā)多停留于小批量階段，缺乏批量、穩(wěn)定的產(chǎn)品供應(yīng)，產(chǎn)業(yè)鏈還未形成穩(wěn)定的供應(yīng)體系，因而產(chǎn)業(yè)鏈的全面國產(chǎn)化仍然需要一定的時間積累。

5、“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術(shù)比肩國際巨頭

近年來，我國在國家及地方層面同步支持燃料電池的發(fā)展，燃料電池汽車的示范推廣區(qū)域和規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用場景持續(xù)增多，產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化程度不斷提高，巨大的市場空間吸引了大量社會資本的流入，帶動了產(chǎn)業(yè)鏈合作、戰(zhàn)略投資，加快了我國燃料電池行業(yè)發(fā)展進(jìn)程。

隨著環(huán)保理念的普及，清潔能源的開發(fā)和使用，被越來越多的國家和企業(yè)看重。近期，據(jù)外媒報道，全球領(lǐng)先的氫燃料電池汽車公司HyzonMotorsInc.宣布推出全新的車載儲氫系統(tǒng)技術(shù)，預(yù)計將從2021年第四季度開始部署在其所有車輛上，氫燃料的開發(fā)和應(yīng)用正在成為企業(yè)競逐的新賽道，也是實現(xiàn)碳中和與碳達(dá)峰的重要路徑之一。

氫燃料汽車能夠真正實現(xiàn)“零排放”，因此也被很多人稱為新能源汽車的“終極解決方案”。這方面，國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出不少先行者，并且取得了不俗的成績。例如，中國最早開展燃料電池技術(shù)研發(fā)的汽車企業(yè)上汽集團(tuán)，在氫燃料電池領(lǐng)域就已經(jīng)取得了令人矚目的成果。

上汽于2001年就啟動了鳳凰一號燃料電池汽車項目，著手氫燃料電池技術(shù)的研究，累計投入了超過30億元的研發(fā)費用，目前已獲得511份燃料電池領(lǐng)域相關(guān)專利，并積極參與制定了15項燃料電池國家標(biāo)準(zhǔn)，取得了豐富的研發(fā)成果。

上汽旗下的捷氫科技，致力于推動氫能與燃料電池行業(yè)的發(fā)展，在電堆核心零部件開發(fā)（雙極板、膜電極）、電堆集成、燃料電池系統(tǒng)集成到動力系統(tǒng)集成、整車集成均具備完全正向開發(fā)能力和完整的自主知識產(chǎn)權(quán)。

其自主研發(fā)的燃料電池系統(tǒng)PROMEP3系列產(chǎn)品實現(xiàn)一級零部件100%國產(chǎn)化，產(chǎn)品已應(yīng)用在中重卡、城際客車、燃料電池乘用車等多種量產(chǎn)車型上，核心技術(shù)比肩以豐田、現(xiàn)代為代表的全球水平。

“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術(shù)比肩國際巨頭

以全球首款燃料電池MPV車型——上汽大通MAXUSEUNIQ7燃料電池車為例，該車搭載了上汽最新自主開發(fā)的第三代燃料電池系統(tǒng)PROMEP390，電堆功率為115kW，體積功率密度為3.1kW/L，關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國際一流水平，并且能在-30℃低溫下實現(xiàn)正常運行，成功克服燃料電池車低溫冷啟動的行業(yè)難題。這臺燃料電池MPV加滿氫只需要3分鐘，就像加油一樣方便，續(xù)駛里程則超過了600公里。

“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術(shù)比肩國際巨頭

此外，上汽還推出了大通MAXUSFCV80燃料電池寬體輕客、申沃燃料電池客車、上汽紅巖燃料電池重卡、上汽躍進(jìn)燃料電池物流車等多款燃料電池落地產(chǎn)品，是全球行業(yè)中唯一一家實現(xiàn)多品種燃料電池車商業(yè)化落地的企業(yè)，為環(huán)保出行貢獻(xiàn)出了強大的“氫能量”。

“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術(shù)比肩國際巨頭

在氫燃料電池領(lǐng)域，上汽從未停止前進(jìn)的腳步。相信未來上汽在氫燃料電池領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)加碼，爭取成為世界燃料電池汽車領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，為帶來更環(huán)保的出行以及建設(shè)清潔氫能社會貢獻(xiàn)力量。先行視車，新能源網(wǎng)