電池系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉，也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電動(dòng)汽車用電池的主要性能指標(biāo)是比能量（E）、能量密度（Ed）、比功率（P）、循環(huán)壽命（L）和成本（C）等。要能與燃油汽車進(jìn)行競爭，最關(guān)鍵的就是要做出比能量高、比功率大、使用壽命長、重量輕的高效能電池。

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電動(dòng)汽車用電池經(jīng)歷了三代的發(fā)展，從早期的鉛酸電池到現(xiàn)在大熱的鋰離子電池，再到燃料電池，技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，電池性能也在不斷優(yōu)化。目前廣泛應(yīng)用于燃料電池汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC （也叫氫燃料電池），它以純氫為燃料，具備能量轉(zhuǎn)換效率高、噪音低、無污染、壽命長、啟動(dòng)迅速、比功率大和輸出功率可隨時(shí)調(diào)整等性能優(yōu)勢(shì)。

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全球以燃料電池為主營業(yè)務(wù)的廠商不多，主要集中在歐美國家和日本。除此之外，各大車廠都有燃料電池研發(fā)和生產(chǎn)部門，為燃料電池汽車配套。根據(jù)百度圖片及數(shù)據(jù)，主流的燃料電池廠商包括美國Fuel Cell Energy、美國BE布魯姆能源、加拿大Ballard、美國Plug Power等。

一、氫燃料電池是燃料汽車動(dòng)力應(yīng)用的主流路線

就燃料電池本身來說，其主要是通過電解質(zhì)區(qū)分。根據(jù)電解質(zhì)的不同，常用的燃料電池可以分為五大類：質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和磷酸燃料電池。

而燃料電池所需要的燃料有氫氣、天然氣、沼氣，甚至甲醇等，目前看來，氫燃料是最被寄予期望的一種燃料。它燃燒放出的熱量高，燃燒產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境，制備的原料是水，資源無約束。一般來說，氫燃料電池主要是指質(zhì)子交換膜燃料電池。

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1.質(zhì)子交換膜燃料電池（氫燃料電池）是汽車動(dòng)力應(yīng)用的主要技術(shù)路線

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）使用固體聚合物作為電解質(zhì)，含有鉑或者鉑合金催化劑的多孔碳作為電極，由于其主要采用氫氣作為燃料，因此又被成為氫燃料電池。

與其他燃料電池相比，質(zhì)子交換膜燃料電池可以在相對(duì)較低的溫度（大約80℃）下運(yùn)行，使得其能夠更快的啟動(dòng)、對(duì)其他部件損害小，因此擁有更長的使用壽命。此外，燃料電池還具有較高的能量密度，較輕的重量和較小的體積。

質(zhì)子交換膜燃料電池主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸和一些固定式的應(yīng)用，特別適用于乘用車。

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質(zhì)子交換膜燃料電池是繼堿性燃料電池、磷酸鹽燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池之后，迅速發(fā)展起來的溫度最低、比能最高、啟動(dòng)最快、壽命最長、應(yīng)用最廣的第五代燃料電池。

但是質(zhì)子交換膜電池需要貴金屬鉑作為催化劑，來分離氫的原子核和電子。并且鉑催化劑對(duì)一氧化碳非常敏感，如果使用碳?xì)浠衔镒鳛槿剂系脑挘剂想姵叵到y(tǒng)中還需要增加反應(yīng)器，這都增加了質(zhì)子交換膜燃料電池的成本，考慮到清潔環(huán)保性及燃料電池系統(tǒng)中的反應(yīng)器成本等各因素，目前各個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池廠商主要將氫氣作為燃料，歐美日韓政府也出臺(tái)政策鼓勵(lì)修建加氫站。

目前這一路線由于反應(yīng)溫度較低，綜合性能最好，最清潔環(huán)保，是最主流的汽車燃料電池的技術(shù)路線。

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全球主流的質(zhì)子交換膜燃料電池廠商

Ballard是全球最大的質(zhì)子交換膜燃料電池廠商之一。Ballard Power Systems位于加拿大，是一家研發(fā)、生產(chǎn)和銷售質(zhì)子交換膜燃料電池的企業(yè)，是擁有國際領(lǐng)先燃料電池技術(shù)的企業(yè)，截止目前，其生產(chǎn)的氫燃料電池總?cè)萘考s為150MW。其主要產(chǎn)品是固定式電源系統(tǒng)、燃料電池動(dòng)力模塊和燃料電池堆。

Plug Power是全球最大的叉車用質(zhì)子交換膜燃料電池廠商。其前身是于1997年由數(shù)據(jù)終端設(shè)備能源公司EdisonDevelopmentCorp.和MechanicalTechnologyInc.組成的合資公司，公司位于美國。目前主要設(shè)計(jì)和開發(fā)利用質(zhì)子交換膜燃料電池制造的能源產(chǎn)生系統(tǒng)。其燃料電池產(chǎn)品主要用于室內(nèi)叉車，其用戶包括耐克、寶馬、沃爾瑪、家得寶、梅賽德斯、克羅格等。

HydrogenicsCorp是一家位于加拿大的制氫和燃料電池設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，成立于1988年。它主要有兩塊業(yè)務(wù)：電解氫方案和燃料電池產(chǎn)品。其燃料電池產(chǎn)品主要用于車輛、UPS和通信基站備用電源。HyPMTM是HydrogenicsCorp的用于電動(dòng)車的燃料電池動(dòng)力解決方案平臺(tái)，能夠提供30-180kW的燃料電池動(dòng)力解決方案。

中國的質(zhì)子交換膜燃料電池廠商：

大連新源動(dòng)力，已實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料及關(guān)鍵部件、電堆組裝的小批量生產(chǎn)，建成可年產(chǎn)5500KW燃料電池堆用關(guān)鍵部件的批量生產(chǎn)線，同時(shí)在車用燃料電池系統(tǒng)集成安裝、調(diào)試、運(yùn)行等方面擁有優(yōu)勢(shì)地位。長城電工參股新源動(dòng)力近10%。

上海神力科技，主營氫質(zhì)子交換膜燃料電池，是我國燃料電池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)先者。通過承擔(dān)與完成國家"九五"重點(diǎn)攻關(guān)計(jì)劃、"十五"863及"十一五"863重大攻關(guān)計(jì)劃燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)課題，已成為具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池技術(shù)并達(dá)到國際先進(jìn)水平。安凱客車、長安汽車也與上海神力科技合作，開發(fā)氫燃料汽車，并擁有一定的技術(shù)儲(chǔ)備。

2、固體氧化物燃料電池（SOFC）

固體氧化物燃料電池（SOFC）能效轉(zhuǎn)換率高、不需要貴金屬作催化劑，持續(xù)拓展應(yīng)用固體氧化物燃料電池（SOFC）使用無孔陶瓷氧化物作為電解質(zhì)，擁有約60%的轉(zhuǎn)化效率，如果利用其散發(fā)的熱量，最高轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%。

固體氧化物燃料電池是燃料電池中抗硫性最強(qiáng)的，并且一氧化碳也不會(huì)影響其運(yùn)行效率，因此它可以使用多種燃料，例如天然氣、沼氣、煤氣、甲烷等，對(duì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng)；不需要使用貴金屬催化劑；使用全固態(tài)組件，不存在對(duì)漏液、腐蝕的管理問題；積木性強(qiáng)，規(guī)模和安裝地點(diǎn)靈活等。SOFC可用于發(fā)電、熱電回用、交通、空間宇航和其他許多領(lǐng)域。

但是，較高的運(yùn)行溫度使得SOFC材料的使用壽命較短、啟動(dòng)時(shí)間較長，此外還需要隔熱措施防止人被燙傷，這都限制了SOFC的適用范圍，目前用于分布式發(fā)電及余熱供熱等應(yīng)用占比更多，但很多廠商也在引導(dǎo)它的應(yīng)用走向船舶動(dòng)力、汽車動(dòng)力等應(yīng)用。

全球主流的固體氧化物燃料電池廠商：

BE布魯姆能源是最大的固體氧化物燃料電池廠商之一，主要用于為數(shù)據(jù)中心提供主電源。布盧姆能源2001年成立于美國加州，其創(chuàng)始人是印度科學(xué)家KR先生，布盧姆能源技術(shù)根植于NASA的火星計(jì)劃。在2006年，布盧姆能源在田納西大學(xué)試制成功了首個(gè)5KW固體氧化物燃料電池，實(shí)現(xiàn)了從理論向產(chǎn)品的跨越。在2008年，布盧姆率先向谷歌公司交付了100KW的商業(yè)化固體氧化物燃料電池，設(shè)備售價(jià)達(dá)到70萬美金。在接下來時(shí)間里面，布盧姆能源又陸續(xù)拓展了eBay、蘋果、沃爾瑪、諾基亞等高凈值公司客戶，為他們的數(shù)據(jù)中心提供主電源。

根據(jù)美國能源部能源效率與可再生能源辦公室發(fā)布的《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》統(tǒng)計(jì)，目前全球生產(chǎn)固體氧化物燃料電池的企業(yè)為布盧姆能源和澳大利亞的CFCL兩家公司。CFCL公司采用陽極支撐技術(shù)路線，不同于布盧姆能源使用的電解質(zhì)支撐技術(shù)路演，所以其產(chǎn)品功率暫時(shí)智能做到1.5KW，商業(yè)開拓的中間較小。而布盧姆能源最新產(chǎn)品已經(jīng)可以做到250KW，基本可以滿足醫(yī)院、酒店、商場(chǎng)、小區(qū)、輪船等主流固定氧化物發(fā)電目標(biāo)市場(chǎng)的功率要求。除此之外，在日本的NEDO、美國的SECA、歐洲的Large-SOFC計(jì)劃中，5-50KW級(jí)的驗(yàn)證機(jī)已經(jīng)制成；日本三菱重工亦正在研發(fā)混合固體氧化物燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品，擬進(jìn)一步提高能源使用效率。但是到目前為止，這些項(xiàng)目還沒有獲得實(shí)質(zhì)性的突破，導(dǎo)致布盧姆能源仍是全球唯一商業(yè)化成產(chǎn)固定氧化物燃料電池廠商。

展望未來，布盧姆能源的燃料電池產(chǎn)品有望在使用天然氣方便的地方成為主力的供電設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備的替代。未來，通過開發(fā)、完善材料使用更節(jié)省的第三代產(chǎn)品，以及

將電芯壽命從3.5年延伸到5年，進(jìn)而增加到10年，有望進(jìn)一步降低布盧姆能源燃料電池的度電成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電價(jià)的穿越，從而打開千億規(guī)模的新能源分布式發(fā)電設(shè)備市場(chǎng)。

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Ceramic Fuel Cells是一家位于澳大利亞墨爾本的燃料電池科技企業(yè)，成立于1992年。其主要生產(chǎn)"Blue Gen"固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，用于小規(guī)模的熱電聯(lián)產(chǎn)和分布式發(fā)電。

中國的固體氧化物燃料電池廠商：

三環(huán)集團(tuán)是中國最有潛力在固體氧化物燃料電池取得突破的廠商。目前公司主要為BE布盧姆能源供應(yīng)燃料電池核心部件隔膜板，公司從2005年起研發(fā)燃料電池隔膜板至今生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步、工藝不斷完善，已經(jīng)掌握了從材料到燒結(jié)的工藝技術(shù)；此外，公司也在積極準(zhǔn)備燃料電池電堆技術(shù)，未來有機(jī)會(huì)引領(lǐng)部分領(lǐng)域的清潔能源變革。

3.堿性燃料電池(AFC)廣泛應(yīng)用于航空航天，但壽命短，仍有不少問題待解決

堿性燃料電池(AFC)是最早研發(fā)的燃料電池技術(shù)之一，并且最早廣泛應(yīng)用在美國航空航天領(lǐng)域，用于發(fā)電和生成水以供太空飛船使用。堿性燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)擁有較高的轉(zhuǎn)化效率，最高超過60%。

電解質(zhì)方面，堿性燃料電池使用氫氧化鉀溶液作為電解質(zhì)，用非貴重金屬作為電池的陰陽極。一般情況下，堿性燃料電池的運(yùn)行溫度在100℃到250℃之間，但是最新設(shè)計(jì)的堿性燃料電池可以在23℃到70℃之間運(yùn)行。最近幾年，使用聚合物薄膜作為電解質(zhì)的堿性燃料電池研發(fā)出來，與質(zhì)子交換膜燃料電池的區(qū)別僅僅是使用堿性膜作為電解質(zhì)。

但是，其運(yùn)行效率容易受到二氧化碳的影響，即使是空氣中稀薄的二氧化碳也會(huì)降低堿性燃料電池的效率。因此，在堿性燃料電池中二氧化碳凈化裝置是必要的，但是這增加了成本。限制堿性燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的最主要因素是使用壽命太短，其工作時(shí)間超過4,000小時(shí)才有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是目前材料的耐久性問題還沒解決。

4.熔融碳酸鹽燃料電池和磷酸鹽燃料電池等早期的燃料電池已經(jīng)逐步被替代

熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)使用熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)，具有較高的轉(zhuǎn)化效率，配合渦輪機(jī)使用其轉(zhuǎn)化效率可達(dá)65%，如果將MCFC產(chǎn)生的廢熱收集使用，燃料的總轉(zhuǎn)化效率超過85%。MCFC不需要貴金屬作為電極，使用多孔陶瓷鋰鋁氧化物作為電極。MCFC的運(yùn)行溫度為650℃，這限制了燃料電池組件的使用壽命。

磷酸鹽燃料電池(PAFC)是第一代燃料電池，最早被商業(yè)化應(yīng)用。PAFC轉(zhuǎn)化效率最低，只有37%-42%，已經(jīng)逐漸被其他路線替代。

二、汽車用氫燃料電池的系統(tǒng)構(gòu)成及產(chǎn)業(yè)鏈分解

燃料電池汽車的工作原理是，作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧氣發(fā)生氧化還原化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生出電能來帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車中的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)汽車的前橋(或后橋)等行走機(jī)械結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車前進(jìn)。

燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈包括上游制氫和配套廠商、核心部件廠商、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)廠商和下游整車廠商，其中最核心的是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)主要包括燃料電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)，整車控制系統(tǒng)、輔助電源、儲(chǔ)氫裝置。

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1.燃料電池系統(tǒng)——燃料電池堆是燃料電池系統(tǒng)的最核心、最難做的部件

單獨(dú)的燃料電池堆是不能發(fā)電并用于汽車的，它必須和燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)和一個(gè)能使上述各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的控制系統(tǒng)組成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，簡稱燃料電池系統(tǒng)。一般包括：燃料電池堆棧、燃料處理器、功率調(diào)節(jié)器、空氣壓縮機(jī)。

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燃料電池堆是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的最核心部件，它由多個(gè)燃料電池通過一定的方式結(jié)合起來形成的通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生直流電的燃料電池組。一個(gè)單獨(dú)的燃料電池產(chǎn)生的電壓低于1V，所以單電池要做成堆棧應(yīng)用。

影響燃料電池系統(tǒng)效率的因素有很多，包括燃料電池類型、電池規(guī)格、電池運(yùn)行的溫度以及燃料氣體的壓力大小、堆棧構(gòu)成方式等。

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燃料處理器將燃料轉(zhuǎn)換成燃料電池可用的狀態(tài)。

功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電流、電壓、頻率等以滿足使用。

空氣壓縮機(jī)可以增加進(jìn)入燃料電池的燃料氣體的氣壓，以提高燃料電池的效率。

2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)是燃料電池汽車的心臟

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)是燃料電池汽車的心臟，它的功能是使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并通過傳統(tǒng)系統(tǒng)將能量傳遞到車輪驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

其基本構(gòu)成為電機(jī)和控制器，電機(jī)由控制器控制，是一個(gè)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，控制器的作用是將動(dòng)力源的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于電機(jī)運(yùn)行的另一種形式的電能，所以控制器本質(zhì)上是一個(gè)電能變換控制裝置。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是燃料電池車惟一的驅(qū)動(dòng)模式。大型燃料電池汽車如大客車一般采用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要應(yīng)用在數(shù)十千萬以上的中、大功率系統(tǒng)中；小型燃料電池汽車如乘用車一般用無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要應(yīng)用在在數(shù)十千萬以下的中、小功率的系統(tǒng)中。

北京億華通，是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化以及氫能基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營廠商。公司核心業(yè)務(wù)是，以燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)為核心，采用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電池的電-電混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型，為客戶提供集系統(tǒng)構(gòu)型分析、系統(tǒng)集成、動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化控制、工程服務(wù)為一體的整套解決方案。當(dāng)前主要客戶為福田、宇通、金龍等客車廠業(yè)。

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3.整車控制系統(tǒng)和其他新能源車類似，一樣可以向智能駕駛進(jìn)擊

燃料電池汽車的整車控制系統(tǒng)和其他類型的新能源汽車是一樣的，它負(fù)責(zé)對(duì)燃料電池系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、再生制動(dòng)系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，也可以向智能化和數(shù)字化方向發(fā)展，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊運(yùn)算和自適應(yīng)控制等非線性智能控制技術(shù)都可以應(yīng)用于燃料電池汽車的控制系統(tǒng)中。因此，燃料電池汽車一樣可以發(fā)展無人駕駛或智能駕駛。

4.輔助電源對(duì)燃料電池汽車極其重要，超級(jí)電容器應(yīng)用的趨勢(shì)開始出現(xiàn)

燃料電池車是以燃料電池為主要電源和以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為惟一的驅(qū)動(dòng)模式的電動(dòng)車輛，燃料電池汽車的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)多種多樣，按照驅(qū)動(dòng)方式可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)兩種，區(qū)別主要在于是否加裝了輔助電源，輔助電源一般用蓄電池(鉛酸電池)、堿性電池或超級(jí)電容器。

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目前，因受到燃料電池啟動(dòng)較慢和燃料電池不能用充電來儲(chǔ)存電能的限制，多數(shù)燃料電池汽車都要增加輔助電源來加速燃料電池車的啟動(dòng)，所需要的電能和儲(chǔ)存車輛制動(dòng)反饋的能量。因此一般的燃料電池汽車大多是混合驅(qū)動(dòng)型車，其動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵裝備除了燃料電池，還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助電源。

輔助電源及管理系統(tǒng)是混合型燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的重要組成部分，在汽車啟動(dòng)、加速、爬坡等工況下，需要驅(qū)動(dòng)功率大于燃料電池可以提供的功率時(shí)，釋放存儲(chǔ)的電能，從而降低燃料電池的峰值功率需求，使燃料電池工作在一個(gè)穩(wěn)定的工況下，而在汽車怠速、低速或減速等工況下，燃料電池功率大于驅(qū)動(dòng)功率時(shí)，存儲(chǔ)動(dòng)力系統(tǒng)富余的能量，或在回饋制動(dòng)時(shí)，吸收存儲(chǔ)制動(dòng)能量，從而提高整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的能量效率。

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目前應(yīng)用于混合燃料電池汽車的輔助電源主要有如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、超級(jí)電容器等。由于蓄電池最便宜，目前輔助電源用的最多的還是蓄電池(鉛酸電池)，主要采用EFB電池(增強(qiáng)型富液式鉛酸電池)和AGM電池(玻璃纖維吸附蓄電池)，其供應(yīng)商主要包括博世、法雷奧、德爾福和馬自達(dá)等廠商。此外，鎳氫電池由于其性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，也是現(xiàn)在主流的燃料電池輔助電源方案之一。

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江海股份，是國內(nèi)超級(jí)電容器龍頭廠商。公司2013年收購日本ACT，并積極與海內(nèi)外高校合作，引進(jìn)資深研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從技術(shù)壁壘最高的電極材料到大容量超級(jí)電容器模組完成高度垂直一體化布局。由于蓄電池的循環(huán)壽命一般在幾百到幾千次，而且污染較大，而超級(jí)電容器能夠反復(fù)循環(huán)充放電幾十萬次，而且可以迅速地完成大量電荷的充放電。所以，部分混合驅(qū)動(dòng)燃料電池汽車開始趨向于采用大容量超級(jí)電容器作為輔助電源應(yīng)用，公司的超級(jí)電容器部分性能已經(jīng)已經(jīng)大幅超越Maxwell，預(yù)計(jì)公司將在混合驅(qū)動(dòng)燃料電池汽車輔助電源上具備機(jī)會(huì)。

科力遠(yuǎn)，是鎳氫電池龍頭。2013年底與常熟新中源、Primearth EV Energy、豐田(中國)投資、豐田通商簽署了科力美合營合同，公司出資21.76億日元，占有40%的股份，正式切入豐田汽車產(chǎn)業(yè)鏈，其中，豐田的混合動(dòng)力及混合驅(qū)動(dòng)燃料電池汽車輔助電源采用了鎳氫電池。后來公司又與吉利集團(tuán)、長安汽車、昆明云內(nèi)動(dòng)力（000903）股份有限公司就增資或投資公司控股子公司科力遠(yuǎn)混合動(dòng)力技術(shù)有限公司的相關(guān)事宜簽訂了《增資擴(kuò)股框架協(xié)議》，顯示了公司在混合動(dòng)力技術(shù)上的實(shí)力。

5.氫氣儲(chǔ)存罐

目前燃料電池汽車的主要燃料是氣態(tài)氫氣，主流的儲(chǔ)氫方式還用高壓儲(chǔ)。汽車一次充氣有足夠的行駛里程，就需要多個(gè)高壓儲(chǔ)氣瓶來儲(chǔ)存氣態(tài)氫氣。在儲(chǔ)氫罐輕量化和安全防碰撞等領(lǐng)域，日本村田是目前做得最好的廠商之一。

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豐田Mirai高壓儲(chǔ)氫罐采用三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層是密封氫氣的樹脂襯里，中層是確保耐壓強(qiáng)度的碳纖維強(qiáng)化樹脂(CFRP)層，表層是保護(hù)表面的玻璃纖維強(qiáng)化樹脂層。

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Mirai的儲(chǔ)氫罐的輕量化瞄準(zhǔn)的是中層，采用的是對(duì)含浸了樹脂的碳纖施加張力使之卷起層疊的纖維纏繞工藝，纏繞方法有強(qiáng)化筒部的環(huán)向纏繞、強(qiáng)化邊緣的高角度螺旋纏繞和強(qiáng)化底部的低角度螺旋纏繞三種，通過削減這三種方式的纏繞圈數(shù)，豐田將CFRP的用量比原來減少了40%，使重量效率提升20%，達(dá)到了全球最高水平的5.7wt.%。另外，對(duì)于按照高壓儲(chǔ)氫罐的全球技術(shù)規(guī)則，豐田采取用含有膨脹石墨的耐火聚氨酯板來保護(hù)吸收下落沖擊的耐沖擊聚氨酯護(hù)板的方法，確保耐火性能。

三、氫燃料電池中的電解質(zhì)膜、電極、催化劑等核心部件分析

燃料電池堆主要是由單燃料電池構(gòu)成。單電池又包括雙極板、密封圈、膜電極(MEA)，其中膜電極包括質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層。

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膜電極組件(MEA)是將質(zhì)子交換膜、催化層電極、擴(kuò)散層在浸潤Nafion液后，在一定溫度和壓力下，熱壓而成的三合一組件，是保證電化學(xué)反應(yīng)能高效進(jìn)行的核心，其制備技術(shù)不但直接影響電池性能，而且對(duì)降低電池成本、提高電池比功率與比能量至關(guān)重要。

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國外的主流供應(yīng)商有美國3M、美國杜邦、WLGore & Associates、日本旭硝子、英國JM、德國Solvicore等；國內(nèi)主要是部分研究機(jī)構(gòu)如武漢理工新能源、大連化學(xué)物理所等在從事電極和MEA的研究。

（1）MEA組件核心之一：質(zhì)子交換膜PEM

電解質(zhì)膜的作用是允許質(zhì)子通過而阻止未電解的燃料和氧化劑滲透到對(duì)方。氫燃料電池的電解質(zhì)膜主要用質(zhì)子交換膜。質(zhì)子交換膜(Proton Exchange Membrane Fuel，PEM)是氫燃料電池的最核心部件，是燃料電池電解質(zhì)和催化劑進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的基地。它與一般化學(xué)電源中使用的隔膜有區(qū)別。

最早用于燃料電池的質(zhì)子交換膜是美國杜邦公司于60 年代末開發(fā)的全氟磺酸質(zhì)子交換膜(Nafion膜)，此后，又出現(xiàn)了其它幾種類似的全氟磺酸結(jié)構(gòu)質(zhì)子交換膜，包括美國Dow化學(xué)公司的Dow膜、日本Asahi Chemical公司的Aciplex膜和Asahi Glass公司的Flemion膜。目前主流供應(yīng)商依然以美國杜邦為主。

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質(zhì)子交換膜性能要求非常高，目前在氫燃料電池中使用的質(zhì)子交換膜均采用全氟化聚合物材料合成，該材料穩(wěn)定性好、使用壽命長，相對(duì)來說可以保證良好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性、高質(zhì)子導(dǎo)電性、良好的阻氣性能、高機(jī)械強(qiáng)度、與電極較好的親和性。因此，它的開發(fā)和生產(chǎn)難度很大。制造成本過高，售價(jià)昂貴。為了獲得穩(wěn)定而廉價(jià)的燃料電池，質(zhì)子交換膜是最大的瓶頸和未來必須突破的領(lǐng)域。

國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)如天津大學(xué)、武漢理工大學(xué)、大連化學(xué)物理所等在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域研究較久。

國內(nèi)的商業(yè)化生產(chǎn)商，主要是大連新源動(dòng)力和上海神力科技和同濟(jì)科技（600846）旗下的中科同力。

同濟(jì)科技，公司與中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所、上海神力科技共同組建了中科同力化工材料有限公司，同濟(jì)科技目前持股36.23%。中科同力主要致力于質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵材料與部件研發(fā)。

（2）MEA組件核心之二：催化劑

電催化是使電極與電解質(zhì)界面上的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)得以加速的催化作用，電催化反應(yīng)速度不僅由電催化劑的活性決定，而且與雙電層內(nèi)電場(chǎng)及電解質(zhì)溶液的本性有關(guān)。催化層是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，是電極的核心部分。

迄今為止，質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極和陽極有效催化劑仍以鉑和鉑碳顆粒為主，鉑貴金屬催化劑用量大和質(zhì)子交換膜成本高是燃料電池成本居高不下的重要原因。為了降低鉑的使用量，各大公司進(jìn)行了持續(xù)研究，近幾十年來，膜電極上催化劑鉑的負(fù)載量從10mg/cm2降到了0.02mg/cm2，降低了近200倍。以豐田為例，公司力求通過改進(jìn)鉑金材料的鍍層技術(shù)來降低鉑金催化劑的使用量。

如果未來貴金屬催化劑負(fù)載量能夠大幅降低，或者能被其他成本更低的催化劑取代，那么燃料電池系統(tǒng)放量的機(jī)會(huì)也將大幅提升。

目前鉑催化劑的國外主流供應(yīng)商有英國JM、日本TKK、美國E-TEK、德國BASF、比利時(shí)Umicore等，暫時(shí)國內(nèi)廠商突破還不明顯。

國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)如長春應(yīng)用化學(xué)所、大連化物所、天津大學(xué)、中山大學(xué)等在燃料電池催化劑領(lǐng)域研究有一定突破。

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（3）MEA組件核心之三：擴(kuò)散層

上面的催化層和擴(kuò)散層構(gòu)成了燃料電池的電極。

擴(kuò)散層是支撐催化層、收集電流、并為電化學(xué)反應(yīng)提供電子通道、氣體通道和排水通道的隔層，由碳紙和防水劑聚四氟乙烯(PTEE)組成。其材料和制備技術(shù)對(duì)MEA的性能和電池的性能至關(guān)重要。

目前擴(kuò)散層主要技術(shù)仍掌握在日本東麗、加拿大Ballard、德國SGL等少數(shù)廠商手中。

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2、雙極板也是決定性能和成本的關(guān)鍵組件之一

雙極板，又叫流場(chǎng)板，主要起到起輸送和分配燃料、在電堆中隔離陽極陰極氣體的作用，

一般采用在石墨板上雕刻流道的方式設(shè)計(jì)。常用的流道有平行流道、回旋型流道、蛇行流道，目前廣泛采用的雙極板材料為無孔石墨板，金屬板和復(fù)合材料雙極板的應(yīng)用也在逐步出現(xiàn)。

石墨是較早開發(fā)和用以制作雙極板的材料。目前石墨基雙極板的主流供應(yīng)商有美國POCO、美國SHF、美國Graftech、日本Fujikura Rubber LTD、日本Kyushu Refractories CO.LTD、英國Bac2、加拿大Ballard等。

國產(chǎn)廠商主要有杭州鑫能石墨、江陰滬江科技、淄博聯(lián)強(qiáng)碳素材料、上海喜麗碳素、南通黑匣、上海弘楓等。

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金屬板開始在部分領(lǐng)域替代石墨雙極板。表面改性的多涂層結(jié)構(gòu)金屬雙極板具備較大的發(fā)展空間。目前金屬雙極板主要供應(yīng)商有瑞典Cellimpact、德國Dana、德國Grabener、美國treadstone等，國內(nèi)還處于研發(fā)試制階段。