燃料電池星星之火，正待燎原：

2014年11月豐田發(fā)布燃料電動(dòng)車Mirai，2015年1月，豐田宣布在全球范圍內(nèi)開(kāi)放5680項(xiàng)技術(shù)專利，其中包括Mirai的1970項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)專利。豐田一些列動(dòng)作表明其在燃料電池汽車技術(shù)上已趨成熟，正進(jìn)入技術(shù)優(yōu)化和商業(yè)生態(tài)構(gòu)建階段。在我國(guó)，以國(guó)鴻氫能與Ballad合作為代表的“市場(chǎng)換技術(shù)”模式已經(jīng)落地，并計(jì)劃在兩年內(nèi)投放3000套燃料電池系統(tǒng)，同時(shí)福田汽車公告斬獲北京有車租賃100輛歐輝氫燃料電池電動(dòng)客車訂單等消息亦顯示國(guó)內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化已悄然開(kāi)啟。

具備高能量密度特性，氫燃料電池市場(chǎng)潛力巨大：

氫燃料電池通過(guò)氫氣和氧氣電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能（核心部件為雙極板、電解質(zhì)、擴(kuò)散層、催化劑），具有極高的能量密度并兼具零排放特點(diǎn)，無(wú)疑是我們所追求的最具潛力能源利用方式。在燃料電池汽車、鋰電池增程汽車、無(wú)人機(jī)、IDC等領(lǐng)域潛力巨大，根據(jù)富士經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)未來(lái)十年燃料電池市場(chǎng)空間將達(dá)到3400億元以上。

工業(yè)廢氫利用可顯著降低氫使用成本，美國(guó)已規(guī)劃電堆成本下降目標(biāo)：

美國(guó)計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)非重整法（電解法、生物法等）加氫平準(zhǔn)用氫價(jià)格降至10美元/kWh。電堆成本方面，在50萬(wàn)套80kW電池系統(tǒng)產(chǎn)量規(guī)模下，實(shí)現(xiàn)由2015年的53美元/kW（合3.01萬(wàn)/套），下降至2020年40美元/kW（合2.34萬(wàn)/套），并期望最終達(dá)到30美元/kW（合1.75萬(wàn)/套）。此外，當(dāng)前我國(guó)每年大約有10億立方米的廢氫被排放，能產(chǎn)生電能約130億度電，若將其在燃料電池側(cè)加以利用，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。

政策力挺燃料電池技術(shù)，購(gòu)車補(bǔ)貼2020年之前不退坡：

政策給予小型/輕型/大型燃料電池車補(bǔ)貼20/30/50萬(wàn)元/臺(tái)、加氣站400萬(wàn)元/個(gè)補(bǔ)貼。并出臺(tái)《中國(guó)制造2025—能源裝備實(shí)施方案》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030）》等支持文件，制定2020年達(dá)產(chǎn)1000輛燃料電池汽車并進(jìn)行示范運(yùn)行的目標(biāo)。另一方面巴黎峰會(huì)成功召開(kāi)，我國(guó)到2030年GDP碳排放需較2005年下降60-65%。目前政府行政手段治理壓力大、效率低，ZEV、碳稅等經(jīng)濟(jì)手段的出臺(tái)將為燃料電池車加速發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.氫燃料電池為燃料電池主流方向，全球市場(chǎng)空間超3000億燃料電池通過(guò)燃料的電化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能，相當(dāng)于一個(gè)小型發(fā)電裝臵（主要包括雙極板、電解質(zhì)、擴(kuò)散層、催化劑）。根據(jù)電解質(zhì)和燃料的不同，燃料電池分為六類：質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、堿性燃料電池（AFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、磷酸燃料電池（PAFC）。燃料電池核心電化學(xué)方程式如下：

鑒于燃料電池仍是新興產(chǎn)業(yè)，多種技術(shù)路線并存（不只有氫燃料電池路線），我們對(duì)6種燃料電池分別從各自反應(yīng)原理、輸出效率等方面進(jìn)行了梳理，以使大家更全面的了解燃料電池產(chǎn)業(yè)，并通過(guò)對(duì)比思考出更為符合我國(guó)國(guó)情的技術(shù)方向。

1.1.六類燃料技術(shù)各有用武之地，質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展1.1.1.質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）：低溫運(yùn)行，主要應(yīng)用于交通領(lǐng)域PEMFC采用水基酸性聚合物（一般為全氟磺酸）作為電解質(zhì)、鉑作為催化劑，是當(dāng)前燃料電池汽車和物料搬運(yùn)車的首選技術(shù)路線。相較其余5類電池，其特點(diǎn)為運(yùn)行溫度相對(duì)較低（一般低于100℃），同時(shí)可以根據(jù)需要靈活調(diào)整電堆輸出功率。但因相對(duì)低的啟動(dòng)溫度并采用貴金屬基電極，這類電池必須使用高純度的氫。

為克服高純度氫氣需求限制，目前PEMFC出現(xiàn)高溫型技術(shù)路線，其原理為將水基電解質(zhì)變成無(wú)機(jī)酸基電解質(zhì)，該類電池運(yùn)行溫度可以高達(dá)200℃，對(duì)氫氣的純度要求較低，但有能量密度較低的弊端。

1.2.甲醇燃料電池（DMFC）：運(yùn)行溫度適中，主要應(yīng)用于消費(fèi)電子DMFC是相對(duì)較新的技術(shù)，由美國(guó)NASA和噴氣式推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在90年代發(fā)現(xiàn)。與PEMFC電池一樣需要使用聚合物膜（如全氟磺酸）作為電解質(zhì)，不同點(diǎn)為其采用鉑-釕金催化劑，燃料可以是氫也可以是液態(tài)甲醇，因此被稱作直接甲醇燃料電池。

甲醇具有相對(duì)高的能量密度，很容易運(yùn)輸和存儲(chǔ)?；谄溥\(yùn)行溫度60-130℃特點(diǎn)，效率60%左右，直接甲醇燃料電池主要應(yīng)用方向?yàn)殡娮赢a(chǎn)品、移動(dòng)充電寶、物料搬運(yùn)車等領(lǐng)域。

1.3.固體氧化物燃料電池（SOFC）：運(yùn)行溫度高，主要應(yīng)用于電站SOFC采用固體陶瓷作為電解質(zhì)（例如氧化鋯-氧化釔），運(yùn)行溫度非常高，最高運(yùn)行溫度高達(dá)800-1000℃，對(duì)鉑催化劑依賴較小，可采用多種碳?xì)浠衔锶剂希淄?、煤氣等）。其能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)60%，如果放出的熱量能夠被回收利用，轉(zhuǎn)化率則可高達(dá)80%。但受限于啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，很難應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。