關(guān)鍵材料研發(fā)
燃料電池的關(guān)鍵材料主要包括催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、絕緣端板等。高性能燃料電池關(guān)鍵材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成為限制燃料電池技術(shù)進(jìn)步的主要問(wèn)題之一。
催化劑是保證燃料電池電化學(xué)反應(yīng)活性的關(guān)鍵，已成為燃料電池領(lǐng)域最為熱門的研發(fā)方向之一。燃料電池催化劑主要分為鉑催化劑、低鉑催化劑以及無(wú)鉑催化劑三類，研究?jī)?nèi)容涵蓋多元合金催化劑、核殼催化劑、非貴金屬催化劑以及陰極催化反應(yīng)機(jī)理研究等。
質(zhì)子交換膜作為燃料電池系統(tǒng)的另一類重要核心材料，同樣是影響電池性能和壽命的關(guān)鍵因素，其技術(shù)難點(diǎn)主要包括：（1）質(zhì)子膜導(dǎo)電機(jī)理與降解機(jī)理研究；（2）具有化學(xué)與機(jī)械穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、自加濕能力的高性能質(zhì)子膜材料的開發(fā)；（3）質(zhì)子膜的成型技術(shù)。
膜電極制備
膜電極作為電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，是燃料電池系統(tǒng)的核心功能部件，其研發(fā)面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題主要包括：（1）增強(qiáng)膜電極三相反應(yīng)界面及其穩(wěn)定性；（2）單片膜電極制備的均一性和膜電極批量生產(chǎn)的一致性；（3）膜電極中催化劑的腐蝕與質(zhì)子膜的降解；（4）膜電極破壞機(jī)理研究與壽命衰減測(cè)試；（5）商業(yè)化膜電極制備技術(shù)及其性能可靠性。
我國(guó)開發(fā)出的膜電極電輸出性能已接近1W/cm2的國(guó)際先進(jìn)水平。
電池堆設(shè)計(jì)
燃料電池堆的設(shè)計(jì)上承系統(tǒng)運(yùn)行要求，下接關(guān)鍵材料性能，同時(shí)還要考慮反應(yīng)氣流體力學(xué)行為與電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是基礎(chǔ)研究與工程設(shè)計(jì)結(jié)合的產(chǎn)物，所涉及的技術(shù)難點(diǎn)主要包括：（1）電池堆內(nèi)部反應(yīng)氣與冷卻液的均勻分配；（2）電池堆縱向溫度分布的均一性；（3）端板節(jié)電池的性能衰減；（4）陰陽(yáng)極反應(yīng)腔內(nèi)濕度分布的可控性；（5）電池堆內(nèi)部單電池性能分布與操作條件優(yōu)化；（6）電池堆密封的可靠性；（7）電池堆耐水淹、耐干燥條件運(yùn)行能力；（8）電池堆裝配壓力分布對(duì)性能影響及裝配工藝優(yōu)化。
電池堆設(shè)計(jì)根據(jù)所處研發(fā)階段而面臨相應(yīng)的技術(shù)瓶頸：（1）電池堆運(yùn)行的可靠性，包括運(yùn)行的穩(wěn)定性，安全性及壽命；（2）電池堆發(fā)電效率、功率密度的提高和成本的減控；（3）電池堆批量生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控和成本降低。
系統(tǒng)集成
燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成與控制是以電池堆運(yùn)行特性為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，結(jié)合附屬部件工作特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件控制與硬件集成。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和模塊的多樣化，燃料電池系統(tǒng)集成面臨的主要技術(shù)難題包括：（1）電池堆與系統(tǒng)內(nèi)其它模塊間的熱量耦合及散熱處理；（2）系統(tǒng)水氣管理與循環(huán)利用；（3）系統(tǒng)的快速啟動(dòng)與響應(yīng)；（4）附屬部件與系統(tǒng)電能輸出的能量管理以及系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)檢測(cè)與自修復(fù)功能。
示范應(yīng)用
我國(guó)燃料電池汽車的示范主要得益于大型活動(dòng)的舉辦，如2008年北京奧運(yùn)會(huì)及2010年上海世博會(huì)均有較大規(guī)模的燃料電池車示范運(yùn)行，但運(yùn)行時(shí)間未超過(guò)一年，與國(guó)際上長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的大規(guī)模示范有較大差距。氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落實(shí)是制約燃料電池示范應(yīng)用的重要原因。我國(guó)累計(jì)建造了5座加氫站，目前僅有2座保持運(yùn)行，而國(guó)際上已有近200座加氫站在運(yùn)行。
國(guó)際上燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化程度還很低，且研發(fā)主體基本為中小企業(yè)，商業(yè)化產(chǎn)品寥寥無(wú)幾。
