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氫燃料電池堆是整個燃料電池產業鏈的核心部分。其性能和成本直接決定了燃料電池產業化進程。評價氫燃料電池電堆性能的指標主要包括其耐久性、啟動溫度以及比功率，其中比功率是近兩年國內外研究機構和企業重點攻克的方向之一。目前，國內電堆企業正在迅速崛起，無論是從膜電極、雙極板等核心零部件技術突破方面還是從整堆功率等級，以及功率密度方面都有了長足的進步。
大眾需求促使產業變革，氫燃料電池汽車的規模化應用推動了氫燃料電池全產業鏈的崛起。對于氫燃料電池電堆而言，成本的快速下降和技術的迭代更新一直在發展之中。
商業化進程加速推進
燃料電池電堆由多個燃料電池單體以串聯方式層疊組合構成。雙極板與膜電極MEA交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構成燃料電池電堆。燃料電池電堆是發生電化學反應場所，為燃料電池系統（或燃料電池發動機）核心部分。
電堆工作時，氫氣和氧氣分別經電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經雙極板導流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。
當前，氫燃料電池汽車已經進入市場導入期，以日本豐田Mirai、韓國現代Nexo以及廣汽AION LX為代表的氫燃料電池汽車已經實現商業化，其在車輛性能和續航里程等方面已經可以媲美傳統燃油車水平。乘用車用燃料電池電堆功率級別一般在100 kW左右，而商用車用燃料電池電堆功率級別則通常在30～200 kW范圍內。
受技術儲備、基礎設施及綜合成本等多種因素的影響，近年來，我國燃料電池商用車實現了快速發展，發展速度明顯快于燃料電池乘用車。經過十幾年的研發投入，我國燃料電池技術趨于成熟，以福田歐輝、鄭州宇通、佛山飛馳等為代表的燃料電池客車正逐步開始市場化進程，燃料電池物流車目前也已具備商業化發展條件。根據中國汽車工業協會統計，截至2018年12月，我國燃料電池汽車銷售量已達到1 527輛。
國內幾家開發氫燃料電池電堆的企業在今年頻頻傳出好消息，國產電堆的性能正在努力提升中。
氫晨科技聯合上下游企業聯合開發的H3技術在現有H2技術上實現性能、壽命和可靠性的大幅度提升，單堆230kW的大功率電堆已經完成性能測試，擇機將向行業公開發布。基于H2技術開發的80kW、100kW、120kW和150kW等四款大功率電堆均已實現百臺級裝車，目前運行狀態良好。
新研氫能自主研發的110kW水冷電堆模塊完成了一系列性能試驗，目前是新研氫能單堆功率最大的模塊，且該電堆兼容雙堆模塊結構，采用雙堆結構的模塊功率達200kW。
新源動力研發的第三代車用質子交換膜燃料電池模塊，其技術性能更加卓越。結構緊湊，高功率密度，環境適應性強，易于系統集成。額定功率達到130kW，IP67防護等級，低溫冷啟動達到零下40℃。采用金屬雙極板組裝的電堆，性能更高，體積更小，適合裝配乘用車及商用車。
燃料電池電堆的重要組件包括膜電極、雙極板以及質子交換膜等，國內目前在多個方面都有所研究，試圖降低成本，提高燃料電池電堆整體性能。
氫燃料電池電堆核心之一——雙極板
雙極板是燃料電池電堆中極為關鍵的一個零部件，能夠使活性氣體均勻分布于活性區域，傳導電流和支撐膜電極以保持電堆結構的穩定性，并移出燃料電池產生的熱量和水。
雙極板占整個燃料電池60%的重量和20%的成本，其性能優劣直接影響電池輸出功率的大小和使用壽命的長短。雙極板材料目前主要是石墨雙極板、石墨復合雙極板以及金屬雙極板，豐田Mirai、本田Clarity和現代NEXO等乘用車均采用金屬雙極板，而商用車一般采用石墨雙極板。
金屬雙極板因具有優異的力學性能和導電性能，成為當前燃料電池產業研發的熱點之一。近日，驥翀氫能在金屬雙極板涂層技術上獲得突破，在第四代涂層完全解決金屬板防腐、導電、低成本這一行業瓶頸的基礎上，通過工藝與裝備升級，高電位耐蝕性提升10倍。
較第三代碳基涂層，第四代涂層在高電位下(1.6Vvs.SHE)的腐蝕電流由200μA/cm2降低到50μA/cm2。本次基于第四代自主連續化生產裝備，結合工藝升級，腐蝕電流進一步降低到5μA/cm2。
氫燃料電池電堆核心之二——膜電極
作為燃料電池的核心關鍵部件，膜電極結構設計和制備工藝非常復雜，整個研發周期長、技術壁壘高，實現規模化量產難度十分高。膜電極決定了電堆性能、壽命和成本的上限。膜電極組件由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層（氣體擴散層）組成。
國產膜電極性能與國際水平接近，但專業特性上（例如鉑載量、啟停、冷啟動、抗反極等）與國際水平還有一定差距。但隨著國內市場的快速增長，國內工程化和質量控制的差距有望進一步縮小。
近期，長城旗下未勢能源攻克燃料電池行業“卡脖子”難題，實現完全自研全新高性能膜電極規模化量產，加速了膜電極國產化進程。長城創新“梯度技術”，使膜電極產品單位面積發電功率、使用壽命等關鍵性能指標大幅提升。該膜電極功率密度達到1.30W/cm2，耐久性>10000h，鉑載量達到0.35mg/cm2.
氫燃料電池電堆核心之三——質子交換膜
質子交換膜是燃料電池（PEMFC）的核心元件，主要成分以全氟磺酸膜為主，目前大部分依賴進口。質子交換膜目前主流趨勢是全氟磺酸增強型復合膜，質子交換膜逐漸趨于薄型化，由幾十微米降低到十幾微米，降低質子傳遞的歐姆極化，以達到更高的性能。
目前國內生產質子交換膜的廠家有東岳集團旗下的未來氫能公司，主要經營燃料電池質子交換膜、以及上游原料全氟磺酸樹脂和全氟羧酸樹脂等。其產能、技術處于國內領先地位。
去年11月，東岳150萬平米質子交換膜生產線一期工程正式投產。標志著東岳集團歷經16年艱苦卓絕地科研攻關，與奔馳、福特進行實用性技術合作，成為全球兩家能夠為量產氫燃料電池汽車提供質子交換膜的企業之一。
目前，東岳集團擁有全球最完整的燃料電池全氟質子膜產業鏈，擁有含氟功能膜材料國家重點實驗室，形成涵蓋原材料、關鍵中間體、樹脂及質子交換膜全方位的完整的知識產權體系，其中，燃料電池質子膜成膜聚合物，榮獲2019年中國專利金獎。
燃料電池電堆的成本占整個氫燃料電池系統的50%左右，實現燃料電池電堆成本的快速下降和技術性能的大幅提升有利于我國更早實現氫燃料電池汽車的普及和示范。從雙極板、膜電極到質子交換膜，國產化的進程正在不斷提速，國內企業也在科技創新之路上不斷探索和攻關。氫燃料電池電堆與燃料電池系統的商業化與規模化正在逐步實現之中，近年有望打破進口壟斷局面。
大眾需求促使產業變革，氫燃料電池汽車的規模化應用推動了氫燃料電池全產業鏈的崛起。對于氫燃料電池電堆而言，成本的快速下降和技術的迭代更新一直在發展之中。
商業化進程加速推進
燃料電池電堆由多個燃料電池單體以串聯方式層疊組合構成。雙極板與膜電極MEA交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構成燃料電池電堆。燃料電池電堆是發生電化學反應場所，為燃料電池系統（或燃料電池發動機）核心部分。
電堆工作時，氫氣和氧氣分別經電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經雙極板導流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。
當前，氫燃料電池汽車已經進入市場導入期，以日本豐田Mirai、韓國現代Nexo以及廣汽AION LX為代表的氫燃料電池汽車已經實現商業化，其在車輛性能和續航里程等方面已經可以媲美傳統燃油車水平。乘用車用燃料電池電堆功率級別一般在100 kW左右，而商用車用燃料電池電堆功率級別則通常在30～200 kW范圍內。
受技術儲備、基礎設施及綜合成本等多種因素的影響，近年來，我國燃料電池商用車實現了快速發展，發展速度明顯快于燃料電池乘用車。經過十幾年的研發投入，我國燃料電池技術趨于成熟，以福田歐輝、鄭州宇通、佛山飛馳等為代表的燃料電池客車正逐步開始市場化進程，燃料電池物流車目前也已具備商業化發展條件。根據中國汽車工業協會統計，截至2018年12月，我國燃料電池汽車銷售量已達到1 527輛。
國內幾家開發氫燃料電池電堆的企業在今年頻頻傳出好消息，國產電堆的性能正在努力提升中。
氫晨科技聯合上下游企業聯合開發的H3技術在現有H2技術上實現性能、壽命和可靠性的大幅度提升，單堆230kW的大功率電堆已經完成性能測試，擇機將向行業公開發布。基于H2技術開發的80kW、100kW、120kW和150kW等四款大功率電堆均已實現百臺級裝車，目前運行狀態良好。
新研氫能自主研發的110kW水冷電堆模塊完成了一系列性能試驗，目前是新研氫能單堆功率最大的模塊，且該電堆兼容雙堆模塊結構，采用雙堆結構的模塊功率達200kW。
新源動力研發的第三代車用質子交換膜燃料電池模塊，其技術性能更加卓越。結構緊湊，高功率密度，環境適應性強，易于系統集成。額定功率達到130kW，IP67防護等級，低溫冷啟動達到零下40℃。采用金屬雙極板組裝的電堆，性能更高，體積更小，適合裝配乘用車及商用車。
燃料電池電堆的重要組件包括膜電極、雙極板以及質子交換膜等，國內目前在多個方面都有所研究，試圖降低成本，提高燃料電池電堆整體性能。
氫燃料電池電堆核心之一——雙極板
雙極板是燃料電池電堆中極為關鍵的一個零部件，能夠使活性氣體均勻分布于活性區域，傳導電流和支撐膜電極以保持電堆結構的穩定性，并移出燃料電池產生的熱量和水。
雙極板占整個燃料電池60%的重量和20%的成本，其性能優劣直接影響電池輸出功率的大小和使用壽命的長短。雙極板材料目前主要是石墨雙極板、石墨復合雙極板以及金屬雙極板，豐田Mirai、本田Clarity和現代NEXO等乘用車均采用金屬雙極板，而商用車一般采用石墨雙極板。
金屬雙極板因具有優異的力學性能和導電性能，成為當前燃料電池產業研發的熱點之一。近日，驥翀氫能在金屬雙極板涂層技術上獲得突破，在第四代涂層完全解決金屬板防腐、導電、低成本這一行業瓶頸的基礎上，通過工藝與裝備升級，高電位耐蝕性提升10倍。
較第三代碳基涂層，第四代涂層在高電位下(1.6Vvs.SHE)的腐蝕電流由200μA/cm2降低到50μA/cm2。本次基于第四代自主連續化生產裝備，結合工藝升級，腐蝕電流進一步降低到5μA/cm2。
氫燃料電池電堆核心之二——膜電極
作為燃料電池的核心關鍵部件，膜電極結構設計和制備工藝非常復雜，整個研發周期長、技術壁壘高，實現規模化量產難度十分高。膜電極決定了電堆性能、壽命和成本的上限。膜電極組件由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層（氣體擴散層）組成。
國產膜電極性能與國際水平接近，但專業特性上（例如鉑載量、啟停、冷啟動、抗反極等）與國際水平還有一定差距。但隨著國內市場的快速增長，國內工程化和質量控制的差距有望進一步縮小。
近期，長城旗下未勢能源攻克燃料電池行業“卡脖子”難題，實現完全自研全新高性能膜電極規模化量產，加速了膜電極國產化進程。長城創新“梯度技術”，使膜電極產品單位面積發電功率、使用壽命等關鍵性能指標大幅提升。該膜電極功率密度達到1.30W/cm2，耐久性>10000h，鉑載量達到0.35mg/cm2.
氫燃料電池電堆核心之三——質子交換膜
質子交換膜是燃料電池（PEMFC）的核心元件，主要成分以全氟磺酸膜為主，目前大部分依賴進口。質子交換膜目前主流趨勢是全氟磺酸增強型復合膜，質子交換膜逐漸趨于薄型化，由幾十微米降低到十幾微米，降低質子傳遞的歐姆極化，以達到更高的性能。
目前國內生產質子交換膜的廠家有東岳集團旗下的未來氫能公司，主要經營燃料電池質子交換膜、以及上游原料全氟磺酸樹脂和全氟羧酸樹脂等。其產能、技術處于國內領先地位。
去年11月，東岳150萬平米質子交換膜生產線一期工程正式投產。標志著東岳集團歷經16年艱苦卓絕地科研攻關，與奔馳、福特進行實用性技術合作，成為全球兩家能夠為量產氫燃料電池汽車提供質子交換膜的企業之一。
目前，東岳集團擁有全球最完整的燃料電池全氟質子膜產業鏈，擁有含氟功能膜材料國家重點實驗室，形成涵蓋原材料、關鍵中間體、樹脂及質子交換膜全方位的完整的知識產權體系，其中，燃料電池質子膜成膜聚合物，榮獲2019年中國專利金獎。
燃料電池電堆的成本占整個氫燃料電池系統的50%左右，實現燃料電池電堆成本的快速下降和技術性能的大幅提升有利于我國更早實現氫燃料電池汽車的普及和示范。從雙極板、膜電極到質子交換膜，國產化的進程正在不斷提速，國內企業也在科技創新之路上不斷探索和攻關。氫燃料電池電堆與燃料電池系統的商業化與規模化正在逐步實現之中，近年有望打破進口壟斷局面。
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