近年來(lái)，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)能源的需求越來(lái)越大。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題顯得越來(lái)越突出，急需尋找到一種可以代替能源又環(huán)境污染小的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。燃料電池行業(yè)便應(yīng)運(yùn)而生，早在50世紀(jì)年代50年代初，熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）由于其可以作為大規(guī)模民用發(fā)電裝置的前景而引起了世界范圍的重視。其它種類的電池也在不斷研發(fā)和創(chuàng)新中進(jìn)步。

燃料電池是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器。它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。由于燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高；另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料；同時(shí)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，故沒(méi)有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。由此可見(jiàn)，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來(lái)看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

根據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、和質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）五種。

燃料電池具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染小、比能量高、噪音低、燃料范圍廣、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。隨著各國(guó)國(guó)家政策的推進(jìn)以及環(huán)保的要求，燃料電池在新能源汽車領(lǐng)域得到不斷應(yīng)用。

燃料電池市場(chǎng)

2012-2017年從銷量來(lái)看，全球燃料電池增長(zhǎng)快速，從4.6萬(wàn)套增長(zhǎng)到7.3萬(wàn)套，2017年同比增長(zhǎng)為15.87%。累計(jì)出貨37.3萬(wàn)套，年復(fù)合增長(zhǎng)率為10%。隨著成本的下降以及技術(shù)的突破，預(yù)計(jì)2019-2025全球燃料電池銷量將會(huì)快速增長(zhǎng)。

從出貨量來(lái)看，2012-2017年累計(jì)出貨量為2511MW，年復(fù)合增長(zhǎng)率為32%。

發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)國(guó)際氫能源委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》，預(yù)計(jì)到2050年，氫能源需求將是目前的10倍。預(yù)計(jì)到2030年，全球燃料電池乘用車將達(dá)到1，000萬(wàn)輛至1，500萬(wàn)輛。由于市場(chǎng)潛力大，大企業(yè)加大研發(fā)，一些國(guó)家也加大支持力度，力圖通過(guò)發(fā)展氫能解決來(lái)能源安全，并掌握國(guó)際能源領(lǐng)域的制高點(diǎn)。目前氫能在日、美、歐發(fā)展迅速，在制氫、儲(chǔ)氫、加氫等環(huán)節(jié)出現(xiàn)了很多創(chuàng)新點(diǎn)，燃料電池技術(shù)也獲得新突破。

一、制氫：可再生能源制氫項(xiàng)目增多，電網(wǎng)協(xié)同效應(yīng)得到重視

制氫的過(guò)程也要消耗能源，這也是氫能受到一些詬病的根源所在。破解此問(wèn)題的一個(gè)重要方法是用可再生能源制氫，尤其是將本來(lái)?xiàng)壍舻娘L(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電轉(zhuǎn)化為氫最為經(jīng)濟(jì)。

《BP世界能源展望（2017年版）》預(yù)計(jì)，到2035年可再生能源的增長(zhǎng)將翻兩番，發(fā)電量增量的三分之一將源自可再生能源。利用可再生能源制取氫氣開始備受關(guān)注，可再生能源制氫研究成果及示范項(xiàng)目也在不斷涌現(xiàn)。

豐田提出了從生物和農(nóng)業(yè)廢料中制氫的技術(shù)路線。豐田將在美國(guó)長(zhǎng)灘港建造兆瓦級(jí)可再生能源加氫站“Tri-Gen”，該設(shè)施從生物和農(nóng)業(yè)廢料中制氫，可提供約2350kW的電力和每天1200kg氫氣，可滿足2350個(gè)家庭和1500輛燃料電池汽車的日常使用。

德國(guó)推出的powertogas項(xiàng)目即收集用電低谷時(shí)可再生能源的剩余電力通過(guò)電解水的方式制造氫氣，再將生成的氫氣注入當(dāng)?shù)氐奶烊粴夤艿乐羞M(jìn)行能源的儲(chǔ)存。隨著此類項(xiàng)目的增多，電網(wǎng)的協(xié)同效應(yīng)逐步得到驗(yàn)證。

二、儲(chǔ)氫：液氫儲(chǔ)運(yùn)或?qū)⒊蔀榘l(fā)展重點(diǎn)

現(xiàn)階段液氫儲(chǔ)運(yùn)逐漸成為研發(fā)重點(diǎn)，日、美、德等國(guó)已將液氫的運(yùn)輸成本降低到高壓氫氣的八分之一左右。日本已經(jīng)將液氫供應(yīng)鏈體系的發(fā)展作為解決大規(guī)模氫能應(yīng)用的前提條件，基本思路是以澳大利亞的褐煤為原料生產(chǎn)氫氣，再通過(guò)碳捕捉實(shí)現(xiàn)去碳化，然后通過(guò)船舶運(yùn)回日本使用。為了支撐液氫供應(yīng)鏈體系的發(fā)展，解決液氫儲(chǔ)運(yùn)方面的關(guān)鍵性技術(shù)難題，企業(yè)積極地投入研發(fā)，推出的產(chǎn)品大多已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際檢驗(yàn)階段，如巖谷產(chǎn)業(yè)開發(fā)的大型液氫儲(chǔ)運(yùn)罐，通過(guò)真空排氣設(shè)計(jì)保證了儲(chǔ)運(yùn)罐高強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高阻熱性。

目前，液氫加氫站開始亮相國(guó)際舞臺(tái)，已遍布日本、美國(guó)及法國(guó)市場(chǎng)，目前全球近400座加氫站中，有三分之一以上為液氫加氫站。在日本，巖谷產(chǎn)業(yè)公司已經(jīng)成功建立了16座液氫加氫站，美國(guó)液氫加氫站的建設(shè)企業(yè)以Plugpower、Airproduct公司為主，法國(guó)市場(chǎng)的液氫加氫站建設(shè)企業(yè)主要是林德公司。我國(guó)的液氫工廠還處在為航天火箭發(fā)射服務(wù)的階段，受法規(guī)所限，還無(wú)法應(yīng)用于民用領(lǐng)域。

三、加氫：加氫站建設(shè)速度加快，混合站日益增多

加氫站作為燃料電池汽車的配套基礎(chǔ)設(shè)施，隨著燃料電池車輛的推廣應(yīng)用，其建設(shè)與推廣也受到了重視。據(jù)H2stations.org統(tǒng)計(jì)，2016年全球新增92座加氫站，其中83座是對(duì)外開放的，其余9座則專門為公交車或車隊(duì)客戶提供服務(wù)。為了適應(yīng)規(guī)模化運(yùn)營(yíng)的需要，加氫站的日供氫能力逐漸提高。隨著氫燃料電池汽車的推廣，每天可為30-50輛客車或100輛乘用車提供加氫服務(wù)的加氫站逐漸出現(xiàn)并成為主流。

加氫站運(yùn)營(yíng)呈現(xiàn)集成化、模塊化發(fā)展的新趨勢(shì)，混合站數(shù)量逐漸增長(zhǎng)。混合形式從獨(dú)立式加氫站、加油站并設(shè)加氫站，發(fā)展到加油站、加氣站、加氫站三站合一，以及與便利店并設(shè)、與充電樁并設(shè)的加氫站。為燃料電池汽車的普及提供了更多樣化的基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。

四、技術(shù)：核心部件成本顯著降低，新型催化劑成研發(fā)重點(diǎn)

日本九州大學(xué)研發(fā)出的可以在不同pH值環(huán)境下分別氧化氫和一氧化碳的催化劑，該催化劑是含有獨(dú)特“蝴蝶”結(jié)構(gòu)的鎳和銥金屬原子的水溶性絡(luò)合物，可以模擬兩種酶的功效，酸性介質(zhì)中的氫化酶（pH4-7）和堿性介質(zhì)中的一氧化碳脫氫酶（pH7-10），可以有效避免催化劑中毒并提高氫能的生產(chǎn)效率。

降低鉑用量的催化劑技術(shù)也陸續(xù)出現(xiàn)突破。查爾斯理工大學(xué)和丹麥科技大學(xué)聯(lián)合研究的納米合金催化劑可以降低約的鉑用量，從一定程度上解決了燃料電池商業(yè)化的瓶頸。