燃料电池，是可将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，因其电化学反应不受卡诺循环效应的限制，化学能转化率37～70%，又由于所使用的主要是氢气、醇类等燃料，且转动的组件极少，具有对环境负荷小(低污染)、低噪音的特点故其不仅适合用于中央电厂和区域分散电厂发电，亦可作为交通运输工具的动力电源，按照电解质的不同可以分为固体氧化物、碱性、熔融碳酸盐、磷酸盐和质子交换膜五类，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
质子交换膜燃料电池，由于相比其他类型的氢燃料电池拥有能源转换效率高、工作温度适中、无噪音、无污染等特点，是最适宜应用在车载领域。本报告将以车载氢燃料电池为研究重点，系统分析车载燃料电池的产业政策、市场供给、市场需求、市场应用、典型企业以及未来发展趋势。
电堆，即燃料电池电化学反应系统。在电化学反应系统中，反应物氢气和空气以一定的化学计量比进入燃料电池电堆中，反应生成电能和水。电堆决定了整个燃料电池的功率密度与净功率，是整个燃料电池动力系统的核心部分，也是主要成本所在。
质子交换膜燃料电池主要由膜电极、双极板、端板和其他零部件几部分构成，其中膜电极包括催化层、质子交换膜和扩散层三部分；燃料电池电堆既是由多个膜电极串联而成，反应气体、生成的水等流体通常是并联的方式流过每节单电池。
质子交换膜燃料电池堆内部结构
资料来源：研究院整理，2018,12
质子交换膜具有阻隔气体和水分子、传导质子的作用。质子交换膜具有良好的质子电导率，允许H+的通过，同时阻隔反应气体，其电化学稳定性好、干湿转换性能好、具有一定的机械强度和可加工性。作为燃料电池的核心材料，其性能的高低直接影响燃料电池的稳定性和耐久性。
催化剂具有增加分子间碰撞几率，实现催化反应的作用。质子交换膜燃料电池催化层主要采用铂基催化剂,其具有吸附气体的功效（形成较复杂的络合物）,使更多的气体分子聚集到电极上,增大电极上气体的分压,进而增加分子间碰撞的几率,达到催化反应的效果，催化剂的性能直接影响反应气体的效率。
气体扩散层具有为参与反应的气体和生成的水提供传输通道，并支撑催化剂层的作用。气体扩散层由支撑层和微孔层组成，支撑层材料大多是憎水处理过的多孔碳纸或碳布，微孔层通常是由导电炭黑和憎水剂构成，作用是降低催化层和支撑层之间的接触电阻，使反应气体和产物水在流场和催化层之间实现均匀再分配，有利于增强导电性，提高电极性能。气体扩散层必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的导电性、高稳定性，其性能将直接影响燃料电池的电池性能。
双极板具有提供反应气体流道、导电、导热、排水等重要作用。双极板可分为石墨、金属及金属与石墨的复合双极板三类。其可以分隔燃料与氧化剂，阻止气体透过，内部设计与加工的流道，可将气体均匀分配到电极的反应层进行电极反应，并能排出热量，保持电池温场均匀，具有电导率高、耐蚀、抗冲击和震动、厚度薄、重量轻的特性。
端板具有控制内部接触压力，稳固电堆整体结构的作用。端板可与紧固件配合为电堆提供适当的封装压力，控制内部接触压力分布，其力学特性对燃料电池整体性能有重要影响。端板应具有足够的强度、刚度，及体积小、质量轻的特性。
2017年丰田Miria的销售价格为57500美元，美国能源部基于丰田Miria公开资料，对燃料电池车整车价格进行了拆分测算：
当生产规模达到3000套/年时
（1）燃料电池系统和储氢系统成本为22372美元，其中燃料电池系统成本为16204美元（占整车成本为28.6%），储氢系统成本为6168美元（占整车成本约10.9%）；
（2）燃料电池系统和储氢系统的间接生产费用3803美元，占总成本的6.7%；
（3）汽车其他部件成本（包括电力牵引电机、逆变器、齿轮箱、滑翔机、再生制动系统和加热，通风和冷却系统等）为17600美元，占总成本的31.2%；
（4）市场营销和保修费用为8755美元，占比15.5%；
（5）企业管理费用和利润为3940美元，占比7.0%。
上述影响因素中，在发展初期规模效应最为显著，当年产量由1千套增加到1万套时，电堆成本可降低65%。美国能源部估算了不同生产规模对单个燃料电池系统成本及电堆成本的影响：
（1）年产量为1000套时，燃料电池系统成本为215美元/kW，电堆成本为153美元/kW ；当年产量达到1万套时，系统成本降至93美元/kW，电堆成本降至53美元/kW，燃料电池系统成本降低57%，电堆成本降低65%；
（2）产量由1万套/年增长至10万套/年时，燃料电池系统成本与电堆成本分别可降至59美元/kW和31美元/kW，分别降低37%和42%；
（3）产量由10万套/年增长至50万套/年时，燃料电池系统成本和电堆成本分别可降至53美元/kW和27美元/kW，分别降低10%和13%。
除技术和材料外，规划化才是燃料电池降本首当其冲的解决方案。目前燃料电池汽车市场尚未成型，市场需求有待发展。现阶段整车企业和相关零部件生产企业须做好长期“越野”的准备。
以上部分内容节选自《2018中国车用燃料电池产业年度发展报告》，报告由中国电池联盟研究所编写，为更好地分析研究中国氢能及燃料电池汽车产业的发展状况，中国电池联盟研究所通过对国内氢能及燃料电池相关企业的调查，收集整理了大量的数据资料，整编成册。
本报告从中国燃料电池行业集群、质子交换燃料电池产业发展现状、核心市场发展现状及趋势分析、发展规划及重点企业等多个角度进行了详细分析，欢迎订阅。
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