中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電堆作為電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，也是燃料電池系統(tǒng)最為核心的部分。而隨著氫燃料電池浪潮的推動(dòng)，近幾年國內(nèi)亦不斷涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的國產(chǎn)電堆企業(yè)。從國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈布局來看，目前部分領(lǐng)先企業(yè)基本具備了氫燃料電池核心部件的國產(chǎn)化能力，但產(chǎn)品性能還尚需完善，與國際領(lǐng)先技術(shù)仍舊存在較大差距。
在燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中，電堆是處于中游核心環(huán)節(jié)。催化劑、質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層組成膜電極和雙極板構(gòu)成電堆的上游，電堆與空壓機(jī)、儲(chǔ)氫瓶系統(tǒng)、氫氣循環(huán)泵等其它組件構(gòu)成燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，下游應(yīng)用對(duì)應(yīng)交通領(lǐng)域和備用電源領(lǐng)域，主要是客車、轎車、叉車、固定式電源和便攜式電源等。
電堆國產(chǎn)化程度低導(dǎo)致成本過高
如今，電池高成本是燃料電池汽車大規(guī)模推廣的最大瓶頸。電堆關(guān)鍵材料成本高、電堆設(shè)計(jì)技術(shù)門檻高、規(guī)模化程度低是造成燃料電池成本居高的主要原因。
從2018年高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)對(duì)全國主要?dú)淙剂想姵仉姸鸭跋到y(tǒng)企業(yè)調(diào)研結(jié)果來看，中國氫燃料電堆目前成本在8000-10000元/kW，是國外的2倍以上。燃料電池電堆壽命大多數(shù)在實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架實(shí)測(cè)3000-5000h，實(shí)測(cè)后電堆性能衰減6%-10%不等。
具體到各個(gè)環(huán)節(jié)來看，氣體擴(kuò)散層、空壓機(jī)、儲(chǔ)氫瓶、電機(jī)電控系統(tǒng)和其他常用零部件(管路、連接部件等)降本主要由規(guī)?；?yīng)驅(qū)動(dòng)；而質(zhì)子交換膜、催化劑、雙極板和其他較為關(guān)鍵的零部件(氫氣電池閥等)降本則需技術(shù)和材料工藝的進(jìn)步加以推進(jìn)。
催化劑：低鉑用量是主要發(fā)展趨勢(shì)
催化劑是燃料電池的關(guān)鍵材料之一，其作用促進(jìn)氫、氧在電極上的氧化還原過程。目前最好的催化劑仍是Pt和Pt基催化劑。
然而當(dāng)下與催化劑并存的另一個(gè)關(guān)鍵詞非“成本高”莫屬，對(duì)此，魔方新能源蔣中林博士曾表示：“燃料電池中比較昂貴的材料當(dāng)屬鉑類催化劑與質(zhì)子交換樹脂，其他材料均為普通工業(yè)材料，價(jià)格會(huì)隨工業(yè)化規(guī)模進(jìn)程急速下降。鉑類催化劑目前單位面積用量已大大降低，在發(fā)動(dòng)機(jī)總成本中占比約1-3%?！?
此外也有業(yè)內(nèi)人士聲稱，未來技術(shù)將著重于進(jìn)一步降低Pt用量、增強(qiáng)耐久性以及開發(fā)非Pt催化劑，通過降低對(duì)貴金屬的依賴，大幅度降低成本。
質(zhì)子交換膜：電堆最為核心的組件
作為電堆中的另一關(guān)鍵性材料，質(zhì)子交換膜的好壞直接決定著燃料電池的性能和使用壽命。當(dāng)下商業(yè)應(yīng)用主要以全氟磺酸膜為主，但大多數(shù)種類膜在燃料電池高溫工況下化學(xué)性能不穩(wěn)定，成本較高。采用多種材質(zhì)摻雜的復(fù)合膜可以大大改善機(jī)械性能，降低內(nèi)阻從而提升輸出功率，目前國內(nèi)外商業(yè)化均轉(zhuǎn)向復(fù)合膜領(lǐng)域。
而國內(nèi)市場(chǎng)上采用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜大多采用國際知名企業(yè)杜邦、戈?duì)柕?，國?nèi)相關(guān)技術(shù)目前主要掌握在東岳集團(tuán)、新源動(dòng)力及武漢理工，其中東岳集團(tuán)占據(jù)市場(chǎng)份額較大，并已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
氣體擴(kuò)散層：核心技術(shù)仍發(fā)展需提速
氣體擴(kuò)散層主要由導(dǎo)電的多孔材料組成，可以支撐催化層、收集電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣體和水在流場(chǎng)區(qū)域和催化劑之間的再分配?，F(xiàn)階段該產(chǎn)品市場(chǎng)份額主要壟斷在德國SGL、日本東麗、加拿大巴拉德等幾家國際產(chǎn)商手中，國內(nèi)技術(shù)較為落后，目前僅有小批量的生產(chǎn)。
雙極板：石墨雙極板已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化
值得一提的是，當(dāng)下國內(nèi)雙極板技術(shù)相對(duì)較為成熟，尤其是石墨雙極板已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。得益于我國氫燃料電池的特殊發(fā)展路線，石墨雙極板在國內(nèi)相較于金屬雙極板占據(jù)較多的市場(chǎng)份額。在金屬雙極板方面國內(nèi)亦有不少企業(yè)擁有成熟的技術(shù)，并已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
而作為后起之秀的金屬雙極板現(xiàn)正逐漸被國內(nèi)市場(chǎng)導(dǎo)入，但受制于燃料電池乘用車市場(chǎng)發(fā)展緩慢，目前金屬雙極板市場(chǎng)化程度仍舊不高。有不少業(yè)內(nèi)人士聲稱，金屬雙極板將開始在部分領(lǐng)域替代石墨雙極板。
