燃料電池，是可將燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置，因其電化學反應不受卡諾循環效應的限制，化學能轉化率37～70%，又由於所使用的主要是氫氣、醇類等燃料，且轉動的組件極少，具有對環境負荷小(低汙染)、低噪音的特點故其不僅適合用於中央電廠和區域分散電廠發電，亦可作為交通運輸工具的動力電源，按照電解質的不同可以分為固體氧化物、鹼性、熔融碳酸鹽、磷酸鹽和質子交換膜五類，從節約能源和保護生態環境的角度來看，燃料電池是最有發展前途的發電技術。
質子交換膜燃料電池，由於相比其他類型的氫燃料電池擁有能源轉換效率高、工作溫度適中、無噪音、無汙染等特點，是最適宜應用在車載領域。本報告將以車載氫燃料電池為研究重點，系統分析車載燃料電池的產業政策、市場供給、市場需求、市場應用、典型企業以及未來發展趨勢。
電堆，即燃料電池電化學反應系統。在電化學反應系統中，反應物氫氣和空氣以一定的化學計量比進入燃料電池電堆中，反應生成電能和水。電堆決定了整個燃料電池的功率密度與淨功率，是整個燃料電池動力系統的核心部分，也是主要成本所在。
質子交換膜燃料電池主要由膜電極、雙極板、端板和其他零部件幾部分構成，其中膜電極包括催化層、質子交換膜和擴散層三部分；燃料電池電堆既是由多個膜電極串聯而成，反應氣體、生成的水等流體通常是並聯的方式流過每節單電池。
質子交換膜燃料電池堆內部結構
資料來源：研究院整理，2018,12
質子交換膜具有阻隔氣體和水分子、傳導質子的作用。質子交換膜具有良好的質子電導率，允許H+的通過，同時阻隔反應氣體，其電化學穩定性好、乾溼轉換性能好、具有一定的機械強度和可加工性。作為燃料電池的核心材料，其性能的高低直接影響燃料電池的穩定性和耐久性。
催化劑具有增加分子間碰撞幾率，實現催化反應的作用。質子交換膜燃料電池催化層主要採用鉑基催化劑,其具有吸附氣體的功效（形成較複雜的絡合物）,使更多的氣體分子聚集到電極上,增大電極上氣體的分壓,進而增加分子間碰撞的幾率,達到催化反應的效果，催化劑的性能直接影響反應氣體的效率。
氣體擴散層具有為參與反應的氣體和生成的水提供傳輸通道，並支撐催化劑層的作用。氣體擴散層由支撐層和微孔層組成，支撐層材料大多是憎水處理過的多孔碳紙或碳布，微孔層通常是由導電炭黑和憎水劑構成，作用是降低催化層和支撐層之間的接觸電阻，使反應氣體和產物水在流場和催化層之間實現均勻再分配，有利於增強導電性，提高電極性能。氣體擴散層必須具備良好的機械強度、合適的孔結構、良好的導電性、高穩定性，其性能將直接影響燃料電池的電池性能。
雙極板具有提供反應氣體流道、導電、導熱、排水等重要作用。雙極板可分為石墨、金屬及金屬與石墨的複合雙極板三類。其可以分隔燃料與氧化劑，阻止氣體透過，內部設計與加工的流道，可將氣體均勻分配到電極的反應層進行電極反應，並能排出熱量，保持電池溫場均勻，具有電導率高、耐蝕、抗衝擊和震動、厚度薄、重量輕的特性。
端板具有控制內部接觸壓力，穩固電堆整體結構的作用。端板可與緊固件配合為電堆提供適當的封裝壓力，控制內部接觸壓力分佈，其力學特性對燃料電池整體性能有重要影響。端板應具有足夠的強度、剛度，及體積小、質量輕的特性。
2017年豐田Miria的銷售價格為57500美元，美國能源部基於豐田Miria公開資料，對燃料電池車整車價格進行了拆分測算：
當生產規模達到3000套/年時
（1）燃料電池系統和儲氫系統成本為22372美元，其中燃料電池系統成本為16204美元（佔整車成本為28.6%），儲氫系統成本為6168美元（佔整車成本約10.9%）；
（2）燃料電池系統和儲氫系統的間接生產費用3803美元，佔總成本的6.7%；
（3）汽車其他部件成本（包括電力牽引電機、逆變器、齒輪箱、滑翔機、再生制動系統和加熱，通風和冷卻系統等）為17600美元，佔總成本的31.2%；
（4）市場營銷和保修費用為8755美元，佔比15.5%；
（5）企業管理費用和利潤為3940美元，佔比7.0%。
上述影響因素中，在發展初期規模效應最為顯著，當年產量由1千套增加到1萬套時，電堆成本可降低65%。美國能源部估算了不同生產規模對單個燃料電池系統成本及電堆成本的影響：
（1）年產量為1000套時，燃料電池系統成本為215美元/kW，電堆成本為153美元/kW ；當年產量達到1萬套時，系統成本降至93美元/kW，電堆成本降至53美元/kW，燃料電池系統成本降低57%，電堆成本降低65%；
（2）產量由1萬套/年增長至10萬套/年時，燃料電池系統成本與電堆成本分別可降至59美元/kW和31美元/kW，分別降低37%和42%；
（3）產量由10萬套/年增長至50萬套/年時，燃料電池系統成本和電堆成本分別可降至53美元/kW和27美元/kW，分別降低10%和13%。
除技術和材料外，規劃化才是燃料電池降本首當其衝的解決方案。目前燃料電池汽車市場尚未成型，市場需求有待發展。現階段整車企業和相關零部件生產企業須做好長期“越野”的準備。
以上部分內容節選自《2018中國車用燃料電池產業年度發展報告》，報告由中國電池聯盟研究所編寫，為更好地分析研究中國氫能及燃料電池汽車產業的發展狀況，中國電池聯盟研究所通過對國內氫能及燃料電池相關企業的調查，收集整理了大量的數據資料，整編成冊。
本報告從中國燃料電池行業集群、質子交換燃料電池產業發展現狀、核心市場發展現狀及趨勢分析、發展規劃及重點企業等多個角度進行了詳細分析，歡迎訂閱。
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