国际氢能技术与产业发展研究报告(2023)
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(6)氢能及燃料电池产业化浪潮加速

经过全球范围内近30年的持续研发,燃料电池在能量效率、功率密度、低温启动等方面已取得突破性进展,新一轮的燃料电池汽车[4]产业化浪潮正在迫近。全球主要经济体逐步开展燃料电池在各领域的示范应用,国际领先企业已开展燃料电池电堆、催化剂、质子交换膜及燃料电池整车等商业布局,前沿技术、核心材料和先进工艺主要被美国、日本、加拿大、欧洲等地企业垄断,燃料电池产业正从小规模示范转向大规模商业化应用。

降本增效是燃料电池技术的重要发展方向。目前国际上电堆价格已突破300美元/kW,最大输出功率已超过200kW,功率密度最高可达到5.4kW/L;膜电极方面,国际先进水平的功率密度达到1.5W/cm2,寿命25000h;目前燃料电池催化剂铂用量保持在0.3~0.4g/kW的水平,铂碳催化剂国际先进水平高于0.24A/(mg·Pt)且分散均匀,PtCo合金催化剂高于0.4A/(mg·Pt)且得到市场验证,催化剂降低铂用量并寻求廉价替代催化剂是发展目标,预计在2030年前铂用量可降至0.1g/kW;质子交换膜方面,戈尔公司占有全球市场最高份额,厚度可达到8μm;气体扩散层方面,高性能的接触电阻小于11mΩ·cm2,透气性在50~200sec,先进技术主要被日本、美国、加拿大、德国等国家掌握;双极板方面,石墨双极板电导率达到100S/cm以上,抗弯强度大于25MPa,金属双极板腐蚀电流小于0.5μA/cm2,接触电阻小于5mΩ·cm2,耐久时长超过5000h。

未来燃料电池系统功率将会逐步提升,适应高速、高续航里程和环境适应性的需求,主要将从提高质子交换膜、膜电极等关键部件的规模化水平,降低燃料电池成本,延长燃料电池寿命等方面推动产业技术进步。