数字储能网讯：近年来燃料电池引起人们的广泛关注，成为最热门的发展领域之一。本文对燃料电池技术硬核发展情况、政策发布情况及市场的推广情况进行了概述。本文是对在天津于2024年8月2日至4日召开的“电能源前沿技术与应用研讨会”上的报告整理编辑而成。

  面对能源和环境的双重压力，开发利用新能源和可再生能源是一个全球关注的战略要点。作为新能源和可再生能源的一种，氢能也备受关注。氢能将有十几万亿的市场规模，2050年在全球能源结构中占比将达到18%。目前中国30个省出台了氢能发展规划，约二分之一央企布局氢能产业，氢能成为中国实现30/60双碳目标的有力抓手。氢气作为连接各种能源和应用的桥梁(图1)，在人类的发展和生活中将起到越来越重要的作用。

图1 氢气的桥梁作用

  不久的将来，人类将完全依赖风能、太阳能、水利能等可再生能源，但由于这些能源的间歇性和不确定性特点，尚不能满足用电高峰时的全部需求，而在用电低谷时又必须放弃多余不能被消纳的可再生能源。另外，随着化石能源的枯竭，应对交通运输领域的能源需求将成为严重问题。如图2所示，可以通过水的电解把用电低谷时多余的可再生能源用来制氢，氢气作为能源的载体(和化工原料)储存起来，在用电高峰时，通过燃料电池把氢气转化为电能，为电网补充额外所需的电力。同时，氢气通过燃料电池可以驱动各种交通运输工具，解决交通运输领域的能源问题，巧妙地把固定式能源应用到移动领域。所以，通过氢能和燃料电池，可再生能源可以形成了一个完整的闭环，既避免了可再生能源的浪费，又拓展了其应用领域。

图2 氢能和燃料电池使可再生能源形成闭环循环

  燃料电池是把燃料和氧化剂中的化学能通过电化学方式直接转化为电能的发电装置[1-6]，是利用氢气发电的最佳方式。根据所用电解质，燃料电池共分为五类，分别是质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。

  从1839年被发明至今，燃料电池经历了185年的历史，发展历程漫长且艰难，先后经历了起点分别约为1960年、1980年、1995年和2015年的四次浪潮，我们目前正处于至今为止规模最大的第四次发展浪潮中。对于目前最成熟且应用最广泛的质子交换膜燃料电池，技术已经达到比较成熟的地步，基本能够满足多种应用场景的需求，处于小规模示范运行阶段。

  燃料电池的市场化发展离不开自身技术硬核的逐步提升和完善，这是技术之轮。但和任何新技术一样，在其发展的初期都很弱小很脆弱，离不开国家政策的支持，也需要市场的包容和接纳，这是政策和市场之轮。本文将对技术和政策/市场对燃料电池发展的双轮驱动情况进行概述。

  1 燃料电池技术硬核

  燃料电池涉及到很多技术硬核，一部分来自于燃料电池模块，一般包括电堆和单电池电压巡检装置，另一部分来自于核心辅助模块，包括氢气供给模块、空气供给模块、水管理模块、热管理模块、电力调节模块、辅助储能模块、控制模块等。控制模块相当于燃料电池系统的大脑，根据负载的需求协调和监控系统中各个模块的工作状态。图3为燃料电池系统方框示意图。

图3 燃料电池系统方框示意图

  1.1 电堆及其核心部件

  电堆是燃料电池系统中的发电模块，包含至少2个单电池。图4是电堆结构示意图。电堆里的核心部件有膜电极、极板、密封圈等。膜电极本身包括膜和两个电极，即阴极和阳极，电极的核心是催化层；为了支撑催化层和质子膜，还有一个气体扩散层，它既要能使流体如氢气、空气和水穿过，还需具有高的导电性、导热性、以及良好的机械强度。与膜电极相接触的是极板，极板上有精细的流道，使流体(氢气、空气、冷却液)可以从极板的一侧流到另一侧，让反应气在电极的表面实现比较均匀的分配，或让冷却液带走电堆运行时产生的多余热量。近几年来极板的设计和制作得到更多关注，如何降低反应气在流道中的压力降及加快反应气在电极中的传质速度变得越来越重要，燃料电池的电流密度也因此能够越来越高。

图4 电堆结构示意图

  1.1.1 电堆

  电堆中包含有阳极侧端板、阳极侧集流板、阳极侧端极板、多个膜电极和双极板的反复堆叠、阴极侧端极板、阴极侧集流板和阴极侧端板，在合适的压力下紧固后形成一个发电整体。紧固方式有数种，如螺杆、拉杆、绑带、压板等。金属板电堆堆芯(从阳极侧端极板到阴极侧端极板之间的部分，也即极板和膜电极的总和)体积功率密度达到6.5 kW/L；电堆寿命达到几千到上万小时。对于一个含有400片单电池的电堆，其中包含的部件在4000个左右，任何一个部件出了问题，整个电堆就不能正常工作，所以，电堆从结构上看虽然简单，但对其中部件可靠性的要求却非常高。

  现在国内报道最大的电堆达到350 kW，如果假设膜电极的反应面积为400 cm2、功率密度为1.3 kW/cm2，那么该电堆中包含约673片单电池。一个电堆中单电池的片数过多会带来几个问题：一是流体在电堆的公共腔室中的压力降增加，增加寄生负载的功耗；二是从公共腔室的前端到末端流体依次进入处于不同位置的单电池中的流量偏差会加大，影响单电池间性能和寿命的一致性；三是电堆在中间部位附近因重力或振动而“塌腰”的可能性增加；四是电堆出现故障的可能性增加。为此，目前一个电堆中单电池的数量一般控制在400片之内。

  为了避免上述问题同时又能实现电堆的大功率输出，可以采用一堆多段的电堆结构，如图5所示。通过在电堆结构中引入中间公共端板，流体从中间公共端板进(出)，然后均匀分配到其左右两段中，可以使其两侧每段电堆的数量都控制在合理的范围之内。这种一堆多段结构可以按需增加段数，如4段、6段、8段、10段等，为大功率单堆提供了一个有效的解决方案。同时，该方法可以采用常规或通用的极板和膜电极及其尺寸和构型，不需要重新开发极板和膜电极，也不增加它们的加工难度。

图5 一堆二段电堆结构示意图

  1.1.2 电堆中核心材料和部件

  单电池：含有一个膜电极的发电单元是单电池。单电池通常由双极板和膜电极组成，是“双极板+膜电极”结构，如图6所示。石墨类双极板一般通过胶粘的方式把阴极板和阳极板组合在一起，金属类双极板则通过激光焊接的方式把阴极板和阳极板组合在一起，双极板和膜电极之间通过密封圈实现边缘的密封。现在丰田及国内一些公司把膜电极夹在阴极板和阳极板之间，形成一个“阴极板+膜电极+阳极板”的一体化单电池结构，如图7所示，通过密封胶把膜电极和阴极板及阳极板的边缘密封起来，一体化单电池之间的两个极板间则采用密封圈实现边缘的密封。一体化单电池有一些优势，如便于组装和更换，但是加工工艺比较复杂，需要精准的控制，避免阴、阳极板和膜电极边缘密封时出现溢胶而堵塞部分流道，密封时的压力需合适以保证极板和碳纸之间的接触良好。

图6 “双极板+膜电极”单电池结构示意图

图7 “阴极板+膜电极+阳极板”一体化单电池结构示意图

  质子交换膜：寿命比较长的是全氟磺酸膜，最早使用的是杜邦的长支链膜；经过若干年研究发现，短支链膜好处更多。图8是杜邦和陶氏全氟磺酸质子交换树脂的分子结构。目前膜里多含有ePTFE增强骨架，控制膜的机械强度和溶胀程度，并使膜可以做得非常薄，往8 µm甚至5 µm这个方向发展，降低膜的成本和电阻。

图8 杜邦和陶氏全氟磺酸质子交换树脂的分子结构

  催化剂：铂及其合金如PtCo是催化氧气还原反应最好的催化剂。过去人们对催化剂的组成、粒度、形貌以及催化剂碳载体的掺杂和石墨化研究较多，但对碳载体的孔隙结构研究不多。近年来丰田等公司开始使用介孔碳作为载体，发现超过80%的催化剂颗粒位于介孔中，提高催化剂活性约50%，提高电化学活性面积(ECSA)超过20%。介孔碳具有2~50 nm的介孔，连通的介孔有利于物质传输，介孔使催化剂的分散更均匀，增加了催化剂颗粒团聚的难度进而增加寿命；由于介孔中的催化剂不被催化层中的质子交换树脂覆盖，使这些催化剂不受质子交换树脂对其活性及对反应物传输的影响，有利于提高催化剂的利用率和整个燃料电池的性能，同时也为低铂催化层成为可行提供了一个基础。目前，国内也开始开发以介孔碳为载体的催化剂，并报道了比较好的结果。

  由于介孔碳载体的多孔特性，其单位质量的表面积很大，有利于催化剂颗粒的分散。其在燃料电池工作条件下的抗氧化和腐蚀能力需要引起关注，进行适当的石墨化和掺杂处理是个有益的举措。

  气体扩散层：目前气体扩散层由基体和微孔扩散层组成。基体有碳布和碳纸，碳布比较软，容易变形嵌入极板上的流道中，现在基本不用，而是用强度好的碳纸。碳纸厚度由先前的250 μm向150 μm发展，这除了降低材料本身的成本和电阻外，也提高了流体的传质速率，可以满足更大电流密度的需求。希望碳纸能做得更薄一些，如100 μm。能否大幅降低碳纸的厚度主要取决于碳纸的强度或用于制作碳纸的炭纤维的强度。

  微孔扩散层对于提升燃料电池的性能、寿命和水管理起到关键的作用，现已成为质子交换膜燃料电池所用气体扩散层一个必不可少的关键部分[7]。

  膜电极：催化层中催化剂载量现在降得越来越低，同时催化层的性能大幅度提升，美国能源部2025年目标是1.8 W/cm2，日本2030年目标是2.5 W/cm2，实现难度非常大。国内外研究表明，在全氟磺酸聚合物环境中，氧气在Pt表面发生还原反应时的交换电流密度在0.1~1 µA/cm2 (Pt)之间。图9是假设氧气还原反应(ORR)的交换电流密度为0.5 µA/cm2(Pt)、氢气氧化反应(HOR)的交换电流密度是0.5 mA/cm2(Pt)、催化层中Pt的ECSA是电极几何面积的500倍、单电池内阻总和为40 mΩ·cm2、氢气和空气的反应计量比为2、氢气和空气的绝对压力为0.1 MPa、温度为75 ℃的情况下，计算而得的燃料电池性能曲线。可以看到，在0.63 V时的电流密度为1.5 A/cm2，即功率密度为0.94 W/cm2，远低于1.8或2.5 W/cm2。

图9 ORR的交换电流密度为0.5 µA/cm2(Pt)时燃料电池的性能

  当ORR的交换电流密度从0.5 µA/cm2(Pt)提升40倍至20 µA/cm2(Pt)时，假设内阻总和降低到30 mΩ·cm2，上述其它反应条件不变，图10是燃料电池的性能情况。在电流密度为4 A/cm2时，电压是0.62 V，功率密度达到2.46 W/cm2。如果反应气氢气和空气的绝对压力从0.1 MPa提升到目前能够实现的0.3 MPa，电压可以提升到接近0.65 V，功率密度接近2.6 W/cm2。

图10 ORR的交换电流密度为20 µA/cm2(Pt)时燃料电池的性能

  目前膜电极在绝对压力0.25 MPa运行条件下的性能在0.65 V时可达到约2 A/cm2，见图11，相当于ORR的交换电流密度为2 µA/cm2(Pt)左右。要想达到日本2030年的目标，ORR催化剂的活性至少要比现在高约10倍。同时考虑到催化剂的用量需要从现在的0.4 mg/cm2降低到0.15 mg/cm2，催化剂的活性在上述10倍的基础上还需再提高2~3倍，这是需要跨过的一个很大的鸿沟。一般来讲，ORR的交换电流密度每提高1倍，在同一工作电流密度下的电压可提高约40 mV。

图11 目前燃料电池堆的性能

  我们也经常看到一些报道，研发出的催化剂在旋转圆盘电极上进行测试时比商业催化剂活性高很多，但是在实际应用中，效果不佳甚至很差，所以，旋转圆盘电极的测试结果有时没有多大实用价值。

  同时由于电流密度越来越大，现在应想办法在催化层里放高透氧的离子树脂，这样可降低反应物通过树脂扩散至催化剂表面的过程中所面临的传质阻力。

  极板：最早都是石墨板，石墨板现在也在用，如果通过CNC机器雕刻制作单极板的话，一般石墨双极板的厚度，也即阴极板和阳极板加在一起厚度，大概是2 mm，如果采用模压的方式制作石墨单极板，双极板的厚度可以降低到1.5 mm左右。目前采用金属板材如不锈钢和钛制作极板的技术和工艺已比较成熟，如果用厚度为0.075 mm的不锈钢做金属极板，金属阴极板和阳极板加在一起的厚度可以小到0.8 mm，见图12。这个厚度主要来自于流场自身的深度，板材本身厚度的占比不大。目前行业一般采用0.075~0.1 mm的不锈钢或0.1~0.12 mm的钛板制作金属极板，极板变得越来越薄，电堆体积越来越小，质量越来越轻，功率密度越来越高。极板和碳纸的接触电阻现在也在向小于5 mΩ·cm2这个方向发展。

图12 采用0.075 mm板材制作的金属双极板厚度

  常规质子交换膜燃料电池所用膜电极的最大活性面积大概是400 cm2，因为过大会面临很多问题：一是反应在电极表面不同部位的不均匀程度增加；二是流体在流道里流动的压力降会大幅度提升。为了提升单电池的发电功率，一种方法是采用一板多室的结构，如图13所示的一板十二室结构，每个反应区的面积都控制在如300 cm2左右，满足反应均匀性和流体压力降的要求，但整个极板的反应面积高达3 600 cm2，如果膜电极的功率密度是1.3 W/cm2，单电池的功率即可达到4 680 W，如果电堆中含有400片单电池，单堆的功率可以达到1.872 MW。

图13 一板十二室极板结构示意图

  这种一板多室的极板结构虽看起来复杂，但核心就是共用流体公共腔室的两个相邻反应区的设计，其它成对的反应区依此重复即可。膜电极可以按成对的两个反应区来进行设计，整体面积虽然比单个反应区的膜电极增加1倍，但制作难度的增加有限。挑战来自于极板的制造，尤其是通过冲压制作金属极板时；如果整板冲压，磨具的费用和冲床的吨位都会非常高，为此，可以考虑每对反应区分别冲压。

  密封材料：国内用的多是硅橡胶，但是硅橡胶寿命是个问题，所以现在也在往非硅橡胶方面发展，国外比较成熟的非硅橡胶产品还很贵，国内自主开发的基本没有。

  保护边框：膜电极边缘的保护边框多为PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)和PPS(聚苯硫醚)，具有较好的机械性能、气体阻隔性能、化学稳定性和耐热性能。保护边框过薄或过软会在膜电极两侧气体压力差的作用下发生形变，有部分嵌入气压低侧极板上流道中的风险。

  1.2 核心辅助部件

  目前国内报道最大单堆燃料电池系统的功率达到250 kW，最大功率的燃料电池系统是2 MW，由十几个100多千瓦系统组合在一起作为固定式发电电源。

  除电堆外，一套完整的燃料电池发电系统必须具备辅助部件，核心辅助部件包括氢气循环模块中的氢气循环泵或引射器、空气供给模块中的空压机、电力调节模块中的DC-DC变压器，现在基本上都实现了国产化，而且国外产品很难进到国内，因为国内产品性价比更高，彻底改变了5~10年前基本完全依赖进口的状况，这是我国在燃料电池核心辅助部件方面的突破。

  空压机：由多种类型逐渐统一到了空气轴承类，无油，不会对进入电堆的空气产生污染，价格从以前的十几万降到了1万元左右。空压机所耗电能占电堆输出电功率的15%左右，占整个燃料电池系统寄生负载的80%以上，所以，降低空压机的功耗是行业一直努力的方向。目前国内已经开始尝试“空压机+膨胀机”的组合模式，膨胀机可以回收利用空气尾气中的部分动能和热能，提高整个燃料电池发电系统的电效率5%左右。

  氢气循环装置：包括氢气循环泵和引射器，把没有反应的氢气从其在电堆的出口输送到其在电堆的入口，减少氢气的浪费，使氢气的利用率达到97%以上。引射器是利用文丘里管原理实现氢气的循环，不消耗任何电能，但其工作范围受限，难以覆盖一个电堆从小到大的整个功率输出范围；近年来随着技术的进步，其所能覆盖的范围越来越大。有时燃料电池系统中也安置多个引射器(引射能力多不同)，通过恰当的组合满足电堆在不同输出功率段时的需求。循环泵可以覆盖电堆的整个功率输出范围，循环的氢气量随循环泵转速的增加而增加，它消耗一定的电能，但比空压机的耗电量小很多。目前国内的氢气循环泵或引射器比较成熟。

  DC-DC：把电堆发出的直流电调整为负载输入所需的电压，转化效率目前超过95%，而且满足大至300 kW左右不同功率和电压需求的产品在市场上可以买到或定制到，技术比较成熟，这与5~10年前的情况完全不同，那时很难买到适合于燃料电池的DC-DC，且售价高、效率低、可靠性差。

  控制模块：协调和控制燃料电池系统中的各个部件和模块，使燃料电池系统按负载的电力(和热力)需求能正常可靠地发电(和供热)，当燃料电池系统出现异常情况时，控制模块能进行诊断并根据诊断结果自动采取措施，如调节一些运行参数使燃料电池解除异常情况后正常运行，或发出声、光或电报警，提示操作人员注意或进行人为干预，或自动关闭燃料电池系统以避免异常情况损毁燃料电池系统或出现安全事故。控制模块从燃料电池系统待机、启动、运行到关机的整个过程中都一直在工作，包括燃料电池系统处于停机时的非运行状态，是燃料电池系统中的核心模块。燃料电池系统性能及寿命的好坏，除了部件本身以外，控制逻辑非常关键，如果不会控制，可能瞬间就会损坏电堆，如果会控制，电堆寿命相对来讲比较长。控制模块除了要保证燃料电池系统的各项运行参数在合理范围之内外，还需尽量减少启停机过程中出现的开路电压的时长、避免在阳极侧出现氢/空界面[8]、按需或按计划进行电堆的性能恢复。

  在燃料电池的运行环境中，性能衰减是个必然发生的过程，因为在燃料电池阴极侧，有零点几伏工作电压，1 V的开路电压，如果控制不好形成氢/空界面，还会出现局部高达1.6 V的电压，引起催化层中催化剂或其碳载体的快速腐蚀氧化，如催化剂表面的铂被氧化成氧化铂，催化性能下降，但如果把氧化铂恢复成铂，催化活性又会恢复。不进行这种恢复，氧化铂下一步变成铂离子，逐渐迁移到膜电极中其它地方，丧失活性，催化层性能就会越来越差。也即，衰减是个必然趋势，包括可逆衰减和不可逆衰减，可逆衰减不及时恢复就会逐渐变成不可逆衰减，所以，应该及时把可逆衰减进行恢复，以延长寿命。由图14可见，在不采取延长寿命方法的情况下，电堆中单电池电压的平均衰减率约为0.1 mV/h，那么1 000 h后电压就会衰减100 mV，如果起始电压是650 mV，1 000 h后衰减率就达到15%，也即达到了规定的使用寿命。

图14 在不采取性能恢复策略时一个电堆中单电池的电压衰减情况

  所以，一定要进行性能恢复，但不是说运行1 h后就需要进行恢复，可以在运行合适的时间后(如几十到上百小时后)进行恢复即可，或在适当的时候采取恢复策略，如在每次停机时；在燃料电池运行过程中当需要进行性能恢复时，也应该能做到，这是控制策略要考虑的问题。

  图15所示为当对电堆采取性能恢复策略时，在100多个小时的测试过程中，电堆没有出现衰减。可见，及时恢复可逆衰减是延寿的有效方法，燃料电池控制系统必须具备此功能。

图15 在采取性能恢复策略时一个电堆中单电池的电压衰减情况

  1.3 运行条件

  近年来质子交换膜燃料电池的一些运行条件也发生了明显的变化，主要表现在如下几个方面。

  空气的计量比大幅降低。从2.5~3降到了1.8~2，甚至1.5~1.6(如丰田)。这主要得力于极板流场的设计和优化，如从蛇形流道变成了直行或波浪形流道，大幅降低了流道的长度和流体在流道中流动时的压力降；丰田所采取的变深度和变宽度的流道设计也有助于提升氢气或空气的传质速度。

  空气加湿降低甚至取消。空气从高加湿(如大于80%RH)向低加湿(如小于40%RH)甚至不加湿(如丰田)方向转化，简化了燃料电池系统，同时有利于降低空气计量比和减小催化层水淹的风险。燃料电池自身产生的水是完全能够满足膜电极加湿需求的，理论上来讲，电堆不需要加湿。但在电堆实际运行过程中，由于水的分布不均匀，空气入口处膜电极仍有偏干而出口处膜电极偏湿的倾向；采用氢气和空气在膜电极的两侧对向流动方式有助于平衡水在膜电极两侧及每侧进出口区域的分布情况，是电堆能够在空气不加湿情况下正常运行的一个主要因素。

  氢气循环成为必选。通过引射器或氢气循环泵，阳极侧的氢气尾气可被有效送入电堆的入口，这样，在电堆阳极侧流道中流动的氢气计量比远大于1，有利于氢气向催化层扩散并避免膜电极局部出现欠氢的情况，保证膜电极的性能和寿命。

  电堆运行温度有两极化趋势。一种趋势是往高些温度走(如90 ℃)，因高温有利于提升燃料电池的性能、提升催化剂抗中毒能力、减轻系统的散热难度；但由于质子交换膜在高温时的保水能力急剧下降及其玻璃化转化温度不够高(仅略高于100 ℃)，膜会变干、变软、易坏，寿命受到影响。另一种趋势是往低些温度方向走(如60 ℃)，虽然电堆的性能会略有下降(如5~10 mV)，但寿命可以显著延长。在目前质子交换膜的技术水平下，笔者更认同后一种选择。

  电堆无助冷启动温度显著降低。0 ℃以下低温启动电堆有辅热(即有助)和无辅热(即无助)两种。有助冷启动一般是在电堆启动前利用外部热源或电源(包括燃料电池系统中的辅助储能模块如电池)对冷却液进行加热，待冷却液达到一定温度时才启动电堆及燃料电池系统。无助冷启动是不借助任何外部热源或电源、仅靠氢气和空气在电堆中自身产生的热而使电堆升温并运行。美国能源部制定的目标是：－20 ℃时在30 s内达到50%的额定输出功率，－30 ℃时实现无助冷启动，－40 ℃实现有助冷启动。

  笔者领导的团队于2023年实现了－52 ℃金属板电堆的无助冷启动，见图16。电堆在－52 ℃的环境舱中冷冻24 h后，启动冷却液循环泵，冷却液循环40 s后启动氢气和空气在电堆中的放热反应。电堆冷却液出口温度在放热反应启动39和46 s后分别达到0和40 ℃，电堆冷却液入口温度在47和48 s后分别达到7和23 ℃。冷启动后燃料电池堆在平均单片电压0.66 V时的额定功率为116.6 kW，电堆堆芯体积为24.69 L，体积功率密度为4.7 kW/L。

图16 新研氢能金属板电堆在－52 ℃无助冷启动情况

  2 政策与市场

  从20世纪70年代中国科学院大连化学物理研究所开始研发燃料电池，燃料电池在中国也经历了50年的风风雨雨。从20世纪90年代几千瓦的电堆发展到了今天高达350 kW的电堆，从几个燃料电池样品的展示发展到今天每年近万辆燃料电池汽车的生产、销售和示范运行。尤其是最近5~10年来，中国的进步很快，已经不局限于嘴上说说、完成一些政府项目后就偃旗息鼓，而是在面对市场的挑战下进行了大量的创新、开发和示范；这几年的进步超过了过去几十年进步的总和，一些技术指标真正达到了国际先进水平，但在可靠性和寿命方面离国际先进水平还有不小的差距，需要行业同仁正视，并真正进行燃料电池的示范运行，勿错过积累经验和教训的宝贵机会，以便进一步提升和改进。

  2.1 政策

  从1996年“九·五”计划开始，科技部把燃料电池列入国家科技攻关计划，2015年燃料电池被列入“中国制造2025”，2016年发布《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》，部署了氢能与燃料电池技术等15项重点任务；在那20年时间内政府发布的政策很少，地方政府的政策基本没有。2019年氢能被写入政府工作报告；2020年开始提及氢气的能源属性；2022发布了《氢能产业发展中长期规划》；2024年加快氢能产业发展首次被写入政府工作报告，氢能被认定是一种新质生产力，氢能被写进能源法(草案)。

  近5年来中央和地方各级政府的政策密集发布，一浪高过一浪，至今已经超过了1 000项！截止2023年10月底共有911项政策发布，其中国家级155项，省级335项，省以下级421项，见图17。2024上半年又有100多项氢能政策出台，其中国家各部委共出台约33项，各地政府出台54项专项政策及91项促进氢能产业发展的相关政策。

图17 至2023年10月底中国各地政策和加氢站数量

  至2023年底中国有加氢站416座，至2024年6月30日中国有加氢站457座，与全球各国相比，中国加氢站是最多的，但整个数量还很少，且一些加氢站的实际运行情况欠佳。

  截至2024年6月底，全国已有22个省、市允许或探索在化工园区外制绿氢。

  2.2 市场

  从21世纪初的“超越二号”、“超越三号”燃料电池轿车，2008年北京奥运会期间的23辆燃料电池车(轿车20辆、客车3辆)，到2010年上海世博会期间示范运行的196辆燃料电池车(观光车100辆、轿车90辆、公交车6辆)，这些政府主导的项目或示范虽不是市场行为，但让人感受到了燃料电池的发展潜力。2016年可以算为中国燃料电池车市场化推广的开始，当年共有629辆燃料电池车推向市场。

  从图18可见，至2023年底，全球燃料电池汽车累积销量为86 056辆，中国为19 859辆，占比23%。从2016年到2019年，中国燃料电池汽车年销售量逐年增加，但在2020年和2021年出现下滑，主要原因是国家新的补贴政策没有出台，行业不清楚该怎么干；2022年以奖代补的政策出台后燃料电池汽车年销售量开始明显回升。2024年上半年，中国燃料电池汽车销量为2 523辆，通常燃料电池车销量在年终时会有大幅提升，预计今年全年燃料电池汽车销量能达到1万辆。

  全球从2015年至2022的燃料电池汽车销量基本保持稳定增长势头，但2023年有明显下滑。

图18 全球和中国燃料电池汽车年销售量情况

  截止2023年10月底，中国各省燃料电池车累积数量见图19，领先的地区是广东、上海和北京，其次是山东、河南和河北。其中广东、上海、北京、河南和河北入选国家城市示范群，山东获得氢进万家项目的支持。浙江、四川、江苏、湖北、山西和陕西等虽然没有入选国家城市示范群，但表现不俗。

图19 截止2023年10月底中国各省燃料电池车累积数量

  2.3 产业化瓶颈

  根据中国省市出台的氢能发展规划，到2025年底，计划推广燃料电池汽车超11万辆，建设加氢站超1 300座。依据目前的实际情况，这两个目标都不能实现。表1列出了笔者认为中国燃料电池发展所面临的主要挑战。

表1 中国燃料电池发展所面临主要挑战

  基础设施基本没有。中国至2024年6月30日虽然建成了457座加氢站，但这个数量还很小，现有数量的燃料电池汽车加氢还面临长时排队等候的问题。同时，基础设施涉及氢气的制、储、运、加等多个环节，目前任何一个环节都没有打通。氢能基础设施建设是大工程，国央企需领头并加大投入力度。

  涉氢法规欠缺不统一。国家层面上没有统一的法规，都是各省市自己去琢磨。虽然政策到目前已经超过1 000项，但多数政策没有起到实质的作用。建立国家层面的涉氢法规并不是难事，需要尽快推进。

  政府的实际支持力度小。企业最缺的是资金和人才，但政府在这些方面对企业的支持是说得多做得少。2024年山东、成都、鄂尔多斯、吉林、陕西先后执行氢能车辆免收取高速公路费的政策，这是比较实际且有效的支持，在整个生命周期内一辆货车大概能省小几十万元高速公路费(假设每公里2元)，虽然燃料电池车因没有批量化生产而价格比较高，但是把这省下的小几十万算进去以后，终端用户会觉得还行，就会敢买敢用。政府让出一点小利就能对燃料电池行业的发展起到巨大的推动作用，希望全国各地都实施类似的政策，都免高速公路费，全国一盘棋，全国联动，助力燃料电池市场化的发展。

  地方保护主义。地方保护主义是严重问题，你想在我这卖东西，你得在我这里建厂。燃料电池企业基本都很小，100来个人就算比较大的了，在五、六个甚至更多的地方建厂，一个地方几个、十几、二十几个人，能干啥？十几、二十几辆车的政府订单没了以后又怎么活？燃料电池城市示范群的做法加剧了这个问题，成了为保护某些企业而专门设立的门槛，使别人拿不到国家补贴，把好处倾斜到少数一两个企业。希望全国各地放开限制，让燃料电池作为商品流通起来。

  新的《公平竞争审查条例》2024年8月1号执行，这个条例有很多内容，国家充分认识到经济发展的堵点和卡点，对新质生产力的发展非常不利。其中第九条的内容如下：

  第九条 起草单位起草的政策措施，不得含有下列限制商品、要素自由流动的内容:

  (一) 限制外地或者进口商品、要素进入本地市场，或者阻碍本地经营者迁出，商品、要素输出；

  (二)排斥、限制、强制或者变相强制外地经营者在本地投资经营或者设立分支机构；

  (三) 排斥、限制或者变相限制外地经营者参加本地政府采购、招标投标；

  (四) 对外地或者进口商品、要素设置歧视性收费项目、收费标准、价格或者补贴；

  (五) 在资质标准、监管执法等方面对外地经营者在本地投资经营设置歧视性要求；

  (六) 其他限制商品、要素自由流动的内容。

  国家出台的这个条例对行业发展是非常有好处的。现在国家政策有了，地方政府是否认真执行有待观察。

  资源过度分散。本来燃料电池行业的技术人员就特别少，现在国内跟氢、燃料电池相关的企业成千上万，全国年产一万辆车，一个企业能分到几辆车？同时，这些企业多在同水平上重复，浪费人力物力和财力。取消地方保护主义、加强省市间的联动、行业洗牌有利于集中资源多快好省地推动行业的良性发展。

  资金投入少。政府对燃料电池的支持可能也就小几十亿，连对锂电支持的零头都不到。企业自己的实际投入也不多。由于资源过度分散，每个以燃料电池为唯一或主要产业的企业都没有多少资金，所能办之事有限。如果把大的民营和国央企调动起来，燃料电池业务每年的亏损占它们主营业务产生的利润微乎其微，完全可以潜心进行燃料电池的技术攻关和市场推广，不必把精力放在卖吆喝上，行业才能得到快速和良性的发展。

  回款周期长。为避免骗补，政府对企业的补贴多需在完成运行时间或年限的相关指标后才能申请；但申请后补贴多不是马上到位，可能需等一年、两年甚至更长的时间。对企业来讲，在拿到补贴资金之前，资金链可能就断掉了。政府既然承诺给补贴，能否给中标的企业提前支付一部分？并在企业达标后及时拨付全部补贴？打击骗补是对的，也应该严厉执行和惩罚，可是说给补贴但资金迟迟不到位变相诱导企业走向破产，最后一地鸡毛，对政府也没有什么好处。

  氢气价格高。这与整个氢能产业链没有建成有关。可喜的是，现在一些地方陆续放开制氢政策，不必非得在化工园区生产氢气，允许在现场制备和使用，这非常有利于降低氢气的成本。

  燃料电池技术自身需要进一步提升。虽然这几年技术进步很快，但寿命和可靠性离市场要求还有差距。如果企业拿到政府补贴后就停止了示范运行、或在示范运行期间使用车上的电池而非燃料电池进行，会失去很多发现问题并改进提升的机会，非常不利于行业的进步，希望企业和政府都充分认识到进行燃料电池长期运行的重要性和必要性。

  3 小结

  近年来，中国燃料电池的技术水平提升很快，的确有一些技术指标是世界水平，同时关键材料和核心部件国产化基本上达到100%；现在没有真正用起来的可能就是碳纸、质子交换膜和催化剂；其实这些材料和部件国内都有生产，但是国产化替代是需要时间的，需要相关的企业花时间去进行测试验证，不仅仅是性能测试，还有耗时较长的寿命测试。

  燃料电池市场虽然逐渐被打开，但燃料电池的占有率几乎为零，即使是推广最多的燃料电池汽车，到现在累积2.2万辆，跟其它新能源车比起来九牛一毛，市场驱动力不足。

  基础设施匮乏是主要卡点。氢气跟其他化石燃料不一样，有它自己的特殊性，人们对其安全性的要求又非常高，主要是因不熟悉氢气而害怕，加之氢气需要制备才能获得、氢气的体积储能密度低，所以这个能源体系的建设，一定比煤、石油和天然气能源体系的建设花费更长的时间。一般来讲一个能源体系的建设需几十年甚至上百年的时间，不是一蹴而就的。但是在中国有一个好处，政府大力支持的话，事情进展就比较快。也有一个前提，那就是要有足够资金做这些事情。

  从中央到地方氢能相关政策1 000多条，但有用、好的政策不在条数，而在于能不能推动行业发展、能不能减少堵点、卡点和地方保护；目前政策之轮驱动效果不佳，轮子多在空转，没有产生真正的推动力，希望《公平竞争审查条例》的实施能够逐渐改变这种情况。