電堆是燃料電池最關(guān)鍵部件，由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成。將雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。電堆工作時(shí)，氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。組成電堆的單體電池主要由雙極板和膜電極組成。膜電極包含了質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴(kuò)散層。

863計(jì)劃推動(dòng)燃料電池電堆體系建立。我國早在2001年就通過國家科技部863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)設(shè)立課題，以在燃料電池、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)以及整車系統(tǒng)方面形成一套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。經(jīng)過863計(jì)劃，我國初步掌握了燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆的部分關(guān)鍵技術(shù)，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車用燃料電池技術(shù)平臺(tái)。

國家“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)現(xiàn)電堆技術(shù)難題突破。2016年，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“ 新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)“燃料電池基礎(chǔ)材料與過程機(jī)理研究”項(xiàng)目在大連啟動(dòng)。2018年，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在經(jīng)過壽命測(cè)試和整車應(yīng)用驗(yàn)證后，研發(fā)的HYMOD-300 型車用燃料電池模塊成為中國首例自主研發(fā)，耐久性超越 5000 小時(shí)的燃料電池產(chǎn)品。此次研發(fā)的 HYMOD-300 型燃料電池電堆模塊突破了多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了電堆在-10℃環(huán)境下的低溫啟動(dòng)，以及在-40℃下的儲(chǔ)存。

新源動(dòng)力涵蓋了燃料電池質(zhì)子交換膜等各個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。新源動(dòng)力在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了燃料電池實(shí)驗(yàn)室科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，燃料電池中試基地，生產(chǎn)、測(cè)試裝備齊全，已實(shí)現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料及關(guān)鍵部件、電堆組裝的小批量生產(chǎn)。新源動(dòng)力江蘇子公司將建成可年產(chǎn)5500KW燃料電池堆用關(guān)鍵部件的批量生產(chǎn)線，成為我國第一個(gè)燃料電池材料及部件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。上海子公司將成為新源動(dòng)力的系統(tǒng)集成、總成生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù)中心。第十五屆東京燃料電池展覽會(huì)上，中國燃料電池廠商新源動(dòng)力全球首次發(fā)布最新一代燃料電池電堆模塊HYMOD?-70。新產(chǎn)品系新源動(dòng)力研發(fā)的第三代金屬雙極板質(zhì)子交換膜燃料電池，單堆功率85kW，電堆體積功率密度突破3.3kW/L，具備良好的低溫適應(yīng)性，可在-30 ℃啟動(dòng)/-40℃存儲(chǔ)，適用于乘用車和商用車，已獲多家主機(jī)廠小批量訂單。

上海神力科技有限公司是國家科技部重點(diǎn)培育、上海市政府重點(diǎn)支持的民營新能源高科技企業(yè)。公司承擔(dān)并完成國家“九·五”重點(diǎn)攻關(guān)計(jì)劃、“十·五”863及“十一·五”863重大攻關(guān)計(jì)劃燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)課題，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池技術(shù)。公司自主開發(fā)的C290－30燃料電池模塊通過國家強(qiáng)制檢測(cè)認(rèn)證，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

廣東國鴻氫能科技有限公司是在廣東省委、省政府大力支持下和佛山、云浮兩市政府直接領(lǐng)導(dǎo)下，于2015年6月成立的一家以氫燃料電池為核心產(chǎn)品的高科技企業(yè)，是國內(nèi)最早介入燃料電池新能源汽車開發(fā)的企業(yè)。2017年6月30日廣東國鴻氫能科技有限公司在廣東云浮市建成投產(chǎn)了全球最大的商用燃料電池 9SSL 電堆生產(chǎn)線，并成功調(diào)試出全球首條燃料電池電堆全自動(dòng)生產(chǎn)線。2017年全年生產(chǎn)了 9SSL電堆 2000 多個(gè)，每個(gè)電堆功率15KW，采用石墨柔性雙極板。截至目前，公司已成為國內(nèi)燃料電池領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。公司主要產(chǎn)品9SSL燃料電池電堆和HD85、MD30、MP30車用燃料電池模塊，市場(chǎng)主要集中在國內(nèi)，目前公司的海外市場(chǎng)正在規(guī)劃當(dāng)中。

公司與加拿大巴拉德動(dòng)力有限公司以及上海重塑能源科技有限公司合作成立合資控股公司，建成投產(chǎn)全球最大規(guī)模的商用燃料電池電堆生產(chǎn)線和燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)集成生產(chǎn)線，年產(chǎn)電堆可達(dá)2萬臺(tái)，動(dòng)力系統(tǒng)5000套。公司在引進(jìn)、消化和吸收加拿大巴拉德公司的電堆生產(chǎn)線技術(shù)和電堆組裝技術(shù)后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了二次創(chuàng)新，首先是在保證電堆品質(zhì)的條件下將電堆零部件逐步替換為國產(chǎn)零部件，其次是在掌握引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代燃料電池電堆，同時(shí)公司正在研發(fā)高比功率的燃料電池電堆。目前公司已申請(qǐng)專利43項(xiàng)，擁有授權(quán)專利9項(xiàng)。

金屬雙極板功率高、成本低、耐抗壓，但抗腐蝕性差，成型工藝?yán)щy。金屬雙極板具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、機(jī)械加工性、致密性，以及強(qiáng)度高、阻氣性好等優(yōu)勢(shì)，可以為汽車應(yīng)用提供良好的動(dòng)力密度、低溫(－40℃)啟動(dòng)保障，適合大批量低成本生產(chǎn)。考慮到車輛空間限制問題，金屬雙極板未來有望在乘用車實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

石墨雙極板國內(nèi)具備量產(chǎn)能力，金屬雙極板國內(nèi)尚處于試制階段。石墨基雙極板的主流供應(yīng)商有美國POCO、美國SHF等。石墨雙極板已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國產(chǎn)廠商主要有上海神力、上海弘楓等公司。上海弘楓產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)出口海外。目前國外金屬雙極板主要供應(yīng)商有瑞典Cellimpact、德國Dana、德國Grabener、美國treadstone等。國內(nèi)還處于研發(fā)試制階段，上海佑戈、上海治臻新能源、新源動(dòng)力等企業(yè)研制出車用燃料電池金屬雙極板，并嘗試在電堆和整車中實(shí)際應(yīng)用。上海治臻新能源裝備有限公司依托于上海交通大學(xué)的技術(shù)力量，已經(jīng)攻克了雙極板成型、焊接、涂層三道技術(shù)難關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)雙極板國產(chǎn)化、批量化生產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量可達(dá)50萬副，至少可供1500輛以上FCV使用。

迄今最常用的質(zhì)子交換膜(PEMFC)仍然是美國杜邦公司的Nafion&reg膜，具有質(zhì)子電導(dǎo)率高和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，目前PEMFC大多采用Nafion&reg等全氟磺酸膜。

催化劑海外企業(yè)領(lǐng)先，國內(nèi)正起步。海外企業(yè)處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)。其中英國 JohnsonMatthey和日本田中（本田燃料電池車Clarity 催化劑供應(yīng)商）是全球鉑催化劑的巨頭。國內(nèi)企業(yè)尚處于研究階段。（1）貴研鉑業(yè)；主營汽車尾氣鉑催化劑，和上汽共同研發(fā)燃料電池催化劑；（2）研究機(jī)構(gòu)，大連化物所、新源動(dòng)力等，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所制備的 Pd@Pt/C 核殼催化劑，其氧還原活性與穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異。雖然中國新型催化劑，其中一部分在性能和穩(wěn)定性上已經(jīng)超過商業(yè)催化劑，但尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)制備。

催化劑發(fā)展趨勢(shì)為低鉑和新型替代。目前Pt用量已從10年前0.8~1.0g/kw降至現(xiàn)在國內(nèi)的0.1~0.3g/kw，未來有希望進(jìn)一步降低，目標(biāo)2020年燃料電池電堆的Pt用量降至0.1 g/kw左右。Pt催化劑除了受成本與資源制約外，也存在穩(wěn)定性問題，通過燃料電池衰減機(jī)理分析可知，燃料電池在車輛運(yùn)行工況下，催化劑會(huì)發(fā)生衰減，如在動(dòng)電位作用下會(huì)發(fā)生Pt納米顆粒的團(tuán)聚、遷移、流失，在開路、怠速及啟停過程產(chǎn)生氫空界面引起的高電位導(dǎo)致催化劑碳載體的腐蝕，從而引起催化劑流失。因此，針對(duì)目前商用催化劑存在的成本與耐久性問題。研究新型高穩(wěn)定、高活性的低Pt或非Pt催化劑是未來發(fā)展方向。

國內(nèi)氣體擴(kuò)散層領(lǐng)域國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化有待進(jìn)步。主要原因是氣體擴(kuò)散層的石墨化工序需要2000℃以上的高溫，但高溫爐技術(shù)尚未掌握。目前燃料電池生產(chǎn)商多采用日本東麗、加拿大Ballard、德國SGL等廠商的碳紙產(chǎn)品。東麗占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，我國對(duì)碳紙的研發(fā)主要集中于中南大學(xué)、武漢理工大學(xué)等高校，國內(nèi)江蘇天鳥具備優(yōu)秀的碳纖維織物的生產(chǎn)能力，但由于燃料電池市場(chǎng)太小，尚無量產(chǎn)計(jì)劃。

從現(xiàn)有的技術(shù)與市場(chǎng)出發(fā)，未來燃料電池成本的降低可以從兩個(gè)方面入手：一是技術(shù)進(jìn)步和制造工藝提升；二是規(guī)?；?yīng)降低攤銷成本。原材料價(jià)格昂貴或工藝不完善的部件，例如催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板等可以通過優(yōu)化制造材料改進(jìn)制備工藝的方式降低成本，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)較完善的部件可通過規(guī)?；a(chǎn)的效應(yīng)有效建立成本優(yōu)勢(shì)。

降低鉑含量主要是降本需求，新型催化劑有助于改善中毒情況。從實(shí)際車型中降本來看，當(dāng)前豐田在其Mirai車型中鉑含量為20g/輛，比上一代Mirai降低了90%的用量，整車成本較之2008年豐田FCHV-adv降低了95%。鉑催化劑在燃料電池系統(tǒng)啟停期間也是發(fā)生鉑溶解現(xiàn)象，加速燃料電池衰減。使用非鉑催化劑可以避免復(fù)雜的MEA加工過程、催化劑中毒現(xiàn)象，由于鉑催化劑提供反應(yīng)活性位點(diǎn)促進(jìn)氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)，一氧化碳和其他雜質(zhì)氣體極易吸附在催化劑表面，降低反應(yīng)活性面積，從而影響電堆效率和穩(wěn)定性。

膜電極是燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的關(guān)鍵部件，膜電極技術(shù)從最初的熱壓法到CCM法一直到最新的有序化膜電極技術(shù)，其生產(chǎn)成本持續(xù)下降，3M推出的有序化膜電極已經(jīng)把成本降到5美元/kW，預(yù)計(jì)未來可通過材料優(yōu)化，開發(fā)低成本量產(chǎn)工藝，進(jìn)一步降低制造成本。

質(zhì)子交換膜方面，目前國內(nèi)雖然已有部分企業(yè)能生產(chǎn)全氟磺酸膜，但市場(chǎng)仍然被進(jìn)口產(chǎn)品牢牢掌握，目前主流的供應(yīng)商是最早開發(fā)應(yīng)用全氟磺酸膜的美國杜邦公司。杜邦膜價(jià)格按乘用車用量計(jì)算相當(dāng)于120美元/kW，按上汽榮威950FuelCell搭載的30kW燃料電池計(jì)算，其質(zhì)子交換膜成本在25000元人民幣以上。依靠國產(chǎn)化技術(shù)探索，開發(fā)新型制備工藝是目前降低質(zhì)子交換膜成本的必由之路。

氣體擴(kuò)散層是目前燃料電池堆各部件中技術(shù)條件最成熟，商業(yè)化利用潛力最好的產(chǎn)品，未來通過在國內(nèi)建立批量化的生產(chǎn)設(shè)備，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)化的產(chǎn)品，降低開發(fā)生產(chǎn)成本，可以大幅降低燃料電池中擴(kuò)散層的制造成本。

燃料電池產(chǎn)業(yè)下游需求有充分保障。全國以富氫優(yōu)勢(shì)、棄電較多或者產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先為代表的地區(qū)重視燃料電池發(fā)展，多地市興建氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，氫能小鎮(zhèn)和產(chǎn)業(yè)集群等，推動(dòng)燃料電池公交、物流車示范運(yùn)營，截至目前超過20省市明確推動(dòng)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2019年3月15日，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心發(fā)布《關(guān)于國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)2018年度項(xiàng)目安排公示的通知》。據(jù)重點(diǎn)專項(xiàng)公示通知，2018年擬立項(xiàng)的項(xiàng)目共有31個(gè)，其中有9項(xiàng)涉及氫能和燃料電池。這說明未來燃料電池的市場(chǎng)空間是開闊的，相應(yīng)帶動(dòng)電堆行業(yè)的發(fā)展。

乘用車領(lǐng)域仍處于驗(yàn)證階段。國內(nèi)在燃料電池乘用車方面，投入研發(fā)的主要企業(yè)是上汽集團(tuán)，已完成前后四代氫燃料電池轎車的開發(fā)。在國家創(chuàng)新工程支持下，上汽氫燃料電池轎車在動(dòng)力性、續(xù)駛里程等性能指標(biāo)方面取得了重大進(jìn)步，已累計(jì)實(shí)現(xiàn)81輛示范運(yùn)行，部分車輛在2014年參加了上汽的“新能源汽車萬里行”全國巡游，歷經(jīng)10000km 的實(shí)際路試，通過各種地形、海拔、環(huán)境氣溫的綜合考驗(yàn)。

物流車已經(jīng)開始逐步向企業(yè)滲透。物流快遞用戶對(duì)燃料電池物流車有極大興趣。目前京東、申通等企業(yè)已經(jīng)開始采用燃料電池物流車運(yùn)輸，該批車輛載重達(dá)3.5噸，配載3瓶組車載供氫系統(tǒng)，一次加氫時(shí)間5-10 分鐘，續(xù)航里程可達(dá)400公里。宜家、郵政、盒馬的物流供應(yīng)商等多家知名物流企業(yè)也在考慮引進(jìn)燃料電池車輛，未來燃料電池物流車將有較大發(fā)展空間，物流車的興起將進(jìn)一步促進(jìn)電堆行業(yè)的技術(shù)研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。