燃料電池，是一種主要通過(guò)氧或其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的電池。豐田燃料電池車上市腳步漸近，把燃料電池技術(shù)的應(yīng)用再次帶進(jìn)人們的視野。

燃料電池有多種類型，但是它們都有相同的工作模式。它們主要由三個(gè)相鄰區(qū)段組成：陽(yáng)極、電解質(zhì)和陰極。兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在三個(gè)不同區(qū)段的接口之間。兩種反應(yīng)的凈結(jié)果是燃料的消耗、水或二氧化碳的產(chǎn)生，和電流的產(chǎn)生，可以直接用于電力設(shè)備。

燃料電池按燃料類型可分為直接型、間接型和再生型；按電解質(zhì)種類又可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸鹽型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）、固體氧化物型燃料電池（SOFC）和質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。

20多年來(lái)，燃料電池經(jīng)歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段，燃料電池的研究和應(yīng)用正以極快的速度在發(fā)展。在所有燃料電池中，堿性燃料電池（AFC）發(fā)展速度最快，主要為空間任務(wù)，包括航天飛機(jī)提供動(dòng)力和飲用水；質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）已廣泛作為交通動(dòng)力和小型電源裝置來(lái)應(yīng)用；磷酸燃料電池（PAFC）作為中型電源應(yīng)用進(jìn)入了商業(yè)化階段，是民用燃料電池的首選；熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）也已完成工業(yè)試驗(yàn)階段；起步較晚的固態(tài)氧化物燃料電池（SOFC）作為發(fā)電領(lǐng)域最有應(yīng)用前景的燃料電池，是未來(lái)大規(guī)模清潔發(fā)電站的優(yōu)選對(duì)象，100kW管式SOFC電站已經(jīng)在荷蘭運(yùn)行，Siemens和三菱重工都進(jìn)行了SOFC發(fā)電系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。相比之下，SOFC、MCFC和PEMFC會(huì)是最有前景的技術(shù)路線。

氫燃料電池優(yōu)勢(shì)及產(chǎn)業(yè)鏈分析

氫燃料電池，即使用氫氣作為燃料，利用電解水的逆反應(yīng)產(chǎn)電的一種燃料電池，是目前發(fā)展最好的燃料電池。

其工作原理即：將氫氣送到電池的陽(yáng)極板，通過(guò)催化劑的作用，氫原子變成一個(gè)正電荷的氫離子和一個(gè)負(fù)電荷的電子，其中氫離子通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極板，而電子不能通過(guò)電解質(zhì)，而只能通過(guò)外部電路形成電流。電子到達(dá)陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。

氫燃料電池陰極板供給的氧可直接從空氣中獲得，因此僅需不斷給陽(yáng)極板供應(yīng)氫氣并及時(shí)把水帶走，氫燃料電池就可以不斷提供電能。相對(duì)于其他能源，氫燃料電池的發(fā)電過(guò)程無(wú)污染，能量轉(zhuǎn)換效率更高，且其燃料氫氣來(lái)源廣泛，可再生。

1、零污染

燃料電池屬于清潔能源的一部分，由于其反應(yīng)過(guò)程就是無(wú)污染的水反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生污染物，其主要污染物來(lái)自于燃料，可能存在氮氧化物等污染。相對(duì)于普通火力發(fā)電的空氣污染以及傳統(tǒng)電池的重金屬污染而言，燃料電池對(duì)環(huán)境的污染程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低。而氫燃料電池，其燃料為純凈無(wú)污染的氫氣，相對(duì)其他燃料而言，廢氣中也不存在污染物?？梢哉f(shuō)，氫燃料電池就是一個(gè)能真正實(shí)現(xiàn)零污染的環(huán)保能源。

2、高效的能量轉(zhuǎn)換效率

燃料電池的發(fā)電效率也處于較高水平。在各種發(fā)電方式中，傳統(tǒng)火力發(fā)電效率在30%左右，遠(yuǎn)低于燃料電池平均的40%-60%效率。而在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用中，燃料電池的效率可達(dá)60%，也高于目前汽車普遍使用的內(nèi)燃機(jī)效率?？傮w而言，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率在其類似替代能源中都處于較高水平。

3、易于獲得燃料

氫是宇宙中最常見(jiàn)的元素，氫及其同位素占到了太陽(yáng)總質(zhì)量的84%，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。氫分子在地球上不是以天然的氣體存在，大部分氫結(jié)合氧存在水中，可以說(shuō)水資源在一定程度上代表了氫能的儲(chǔ)存量。

制氫的能源和燃料可以來(lái)自多種來(lái)源例如天然氣、核能、太陽(yáng)能、風(fēng)力、生物燃料、煤礦、其他化石燃油、地?zé)?。目前氫氣主要是作為一種中間產(chǎn)品而生產(chǎn)的。主要是由化石能源天然氣（CH4）、原油（烴）或煤等原料，與水蒸汽在高下經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化法、部分氧化法、煤氣化法等工藝生成。

氫燃料電池主要包括電池組件和燃料兩個(gè)部分。因此其上游主要是氫氣供應(yīng)以及電池零組件。氫氣供應(yīng)部分主要是為燃料氫氣而準(zhǔn)備的，主要流程包括氫氣生產(chǎn)、輸送和充氣機(jī)。而電池零組件部分則主要生產(chǎn)燃料電池組、氫氣存儲(chǔ)設(shè)備和配件。中游則是將上述組裝，形成一個(gè)完整的可投入使用的燃料電池系統(tǒng)，每種系統(tǒng)構(gòu)成都依據(jù)其不同的應(yīng)用領(lǐng)域而有所不同。下游的應(yīng)用板塊則主要包括了固定、交通運(yùn)輸和便攜式三個(gè)主要領(lǐng)域。

產(chǎn)業(yè)鏈的核心在于中游的燃料電池系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成必定要對(duì)應(yīng)下游的應(yīng)用，而在燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池模塊是最為重要的。一般燃料電池由電解質(zhì)、催化劑和雙極板構(gòu)成，在這三者中，催化劑的有無(wú)對(duì)燃料電池成本的影響最為巨大。對(duì)于PEMFC來(lái)說(shuō)，由于其使用昂貴的鉑族金屬作為催化劑，其價(jià)格一直居高不下，可以說(shuō)，催化劑是燃料電池價(jià)格的決定性因素之一。另一個(gè)重要的決定因素這是電解質(zhì)，不同技術(shù)類型的燃料電池堆電解質(zhì)的要求不同，不同的電解質(zhì)的價(jià)格也會(huì)有所不同，并最終對(duì)燃料電池價(jià)格產(chǎn)生影響。

固定領(lǐng)域引領(lǐng)氫燃料電池市場(chǎng)

氫燃料電池早在20世紀(jì)60年代就因其體積小、容量大的特點(diǎn)而成功應(yīng)用于航天領(lǐng)域。進(jìn)入70年代后，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，氫燃料電池也逐步被運(yùn)用于發(fā)電和汽車。現(xiàn)如今，伴隨各類電子智能設(shè)備的崛起以及新能源汽車的風(fēng)靡，氫燃料電池主要應(yīng)用于三大領(lǐng)域：固定領(lǐng)域、運(yùn)輸領(lǐng)域、便攜式領(lǐng)域。

2012年，全球燃料電池系統(tǒng)的出貨量近3萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)約34%，相對(duì)2008年增長(zhǎng)超過(guò)321%。而在其中，固定式燃料電池的增長(zhǎng)最為顯著，從2008年的2000臺(tái)迅速上升至2012年的2.5萬(wàn)臺(tái)。交運(yùn)用燃料電池的發(fā)展則相對(duì)平穩(wěn)，在未來(lái)其發(fā)展的主要看點(diǎn)集中在輕型燃料電池電動(dòng)汽車數(shù)量的增加和物料搬運(yùn)設(shè)備市場(chǎng)的大幅增長(zhǎng)。

在三個(gè)主要領(lǐng)域中，便攜式領(lǐng)域的發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)，即使目前已有許多公司陸續(xù)推出手機(jī)用氫燃料電池，但就整體而言，該類產(chǎn)品的商業(yè)化尚未得到實(shí)現(xiàn)，未來(lái)發(fā)展還需很長(zhǎng)時(shí)間。日本富士經(jīng)濟(jì)公司針對(duì)產(chǎn)業(yè)和商業(yè)、家用、燃料電池車、叉車等驅(qū)動(dòng)、便攜和應(yīng)急以及便攜終端6個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了調(diào)查，預(yù)測(cè)稱到2025年，全球市場(chǎng)總計(jì)將達(dá)到51843億日元，相當(dāng)于2011年的74.2倍。

單就氫燃料電池產(chǎn)業(yè)來(lái)講，根據(jù)工研院IEK的統(tǒng)計(jì)，2011年全球氫能與燃料電池市場(chǎng)規(guī)模為10.3億美元，較2010年6.7億美元成長(zhǎng)54%。日本日經(jīng)bp清潔技術(shù)研究所日前發(fā)布的《世界氫能源基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目總覽》顯示，到2015年預(yù)計(jì)包括液化氫基地、管道、固定式燃料電池以及燃料電池車在內(nèi)的全球氫能源基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)規(guī)模只有7萬(wàn)億日元左右，但在2015年以后，氫能源基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)開始緩慢增長(zhǎng)；而在2020年以后該市場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，到2025年，氫能源基礎(chǔ)設(shè)施家用市場(chǎng)的規(guī)模將超過(guò)商用。也正因?yàn)槿绱耍诘?025年的5年內(nèi)，該市場(chǎng)規(guī)模將實(shí)現(xiàn)倍增，預(yù)計(jì)達(dá)到約20萬(wàn)億日元；到2050年將達(dá)到約160萬(wàn)億日元（約合1.56萬(wàn)億美元）。

固定式燃料電池市場(chǎng)包括多種尺寸和類型，主要用于各種固定位置的電力供應(yīng)，包括主要應(yīng)用于發(fā)電站、樓宇、工程等領(lǐng)域的大型首要電源、備用電源或熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），用于家庭住宅和商業(yè)的微型熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），以及遠(yuǎn)程或基本應(yīng)用例如電訊塔的首要或備用電源。固定式燃料電池主要包括MCPC、SOFC、PAFC和PEMFC。