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氫燃料電池是將氫氣與氧氣的化學能轉變成電能的裝置，主要由陰極（空氣極）、陽極（氫氣極）、電解質溶液、外部電路四部分組成。其工作原理實際上是電解水的逆反應，氫氣和氧氣分別由電池的陽極和陰極通入。

陽極氫氣在催化劑作用下分解為質子和電子，帶陽電荷的質子穿過隔膜到達陰極，帶陰電荷的電子在外部電路運行，從而產生電能；在陰極上的氧氣在催化劑作用下和電子、質子發(fā)生化合反應生成水。

燃料電池系統(tǒng)不僅包括燃料電池本體，還應該擁有氫氣、空氣供給系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、車載氫系統(tǒng)、輔助電源等系統(tǒng)，這樣，燃料電池方可正常工作。

1、氫燃料電池行業(yè)發(fā)展歷程

1）技術萌芽階段。其實燃料電池至今已有180多年的發(fā)展史，最早可以追溯到1839年。WillianRobertGrove是公認的“燃料電池之父”，他提出的“氣體電池”原始模型，其工作原理為燃料電池的誕生奠定了理論基礎。

2）技術應用突破階段。20世紀60年代，燃料電池正式應用于航天領域，開啟了燃料電池的現(xiàn)代發(fā)展史。美國也成為第一個實現(xiàn)氫能源技術應用的國家。

20世紀70年代以后，氫能作為一種新型清潔能源開始受到各國政府的關注，同時隨著多種先進制氫技術的落地，氫燃料電池很快被運用于發(fā)電和汽車。1968年，通用汽車公司生產出了世界上第一輛可使用的氫燃料電池汽車，該燃料電池汽車以廂式貨車為基礎，裝載了最大功率為150kW的燃料電池組，續(xù)航里程為200km。

到了20世紀90年代，作為解決環(huán)境污染和能源供需問題的重要途徑之一，燃料電池電動汽車技術受到了空前重視，世界主要汽車廠商投入了大量的人力和物力研發(fā)燃料電池電動汽車。

3）產業(yè)快速發(fā)展階段。2014年，豐田在全球首推4人乘坐的燃料電池車Mirai，續(xù)航500km，補充氫燃料僅需3分鐘，成為了燃料電池領域內的里程碑事件。此后，氫燃料電池技術快速進步、全球政策支持力度不斷加大、行業(yè)商業(yè)化步伐不斷提速，全球燃料電池產業(yè)開始快速發(fā)展。作為實現(xiàn)車輛“零排放”的重要解決方案，氫燃料電池技術如今已成為各國產業(yè)競爭新的制高點。

2、氫燃料電池行業(yè)市場規(guī)模

目前，燃料電池根據(jù)其應用場景不同可大體分為交通運輸用、固定式、便攜式燃料電池，近年來需求量均呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。2020年度全球燃料電池出貨量達1,319兆瓦，2016年-2020年復合增長率約26%。其中，交通運輸領域需求上升尤為顯著，年復合增長率約34%。

截至2020年底，全球氫燃料電池汽車保有量超過3萬輛，行業(yè)市場規(guī)模超1.2萬億元。韓國成為首個氫燃料電池汽車保有量超過萬輛級的國家。我國保有量為7352輛，約占全球規(guī)模的24%。

當前燃料電池整體應用領域由清潔電站、輔助電源為應用場景的固定式電源向交通運輸為應用場景的車用電源轉變。據(jù)國際氫能委員會的預測，到2050年全球氫能源消費將占全球總能源需求的18%，將為氫燃料電池及設備創(chuàng)造近20萬億元人民幣的市場價值。

3、氫燃料電池行業(yè)驅動因素

隨著中國石油、天然氣消費持續(xù)快速增長，國內石油和天然氣對外依存度快速攀升。繼2017年成為世界最大原油進口國之后，中國2018年又超過日本成為世界最大的天然氣進口國。2020年我國全年石油凈進口量5.42億噸，石油對外依存度升至73.5%，較上年提高1個百分點；天然氣進口量1,408億立方米，同比增長2%，對外依存度達43.2%。

同時，中國的城市污染問題也迫在眉睫，因此我國政府高度重視清潔能源結構的發(fā)展，積極推動碳達峰、碳中和等國家戰(zhàn)略的落地。新能源汽車的發(fā)展可以很大程度上降低能源的對外依存度，減少碳排放。另一方面，我國大量的棄風、棄光等可再生資源均可用于電解水制氫，將為燃料電池的能源供應提供有力保障。

燃料電池汽車具有零排放、續(xù)航里程長、加氫時間短等優(yōu)勢，適用于遠程公交、物流運輸?shù)冉煌ǚ绞?，更能滿足長途、重載、商用等需求，可以有效補足純電動汽車應用的短板，共同滿通運輸系統(tǒng)的需要。

此外，政府產業(yè)規(guī)劃的明確吸引了各方資本的關注，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》，我國擬從2020年發(fā)展以小功率燃料電池與大容量動力電池構型為技術特征;到2025年以大功率燃料電池與中等容量動力電池為技術特征；最后到2030年以全功率燃料電池為技術特征。可以看出從國家能源戰(zhàn)略、環(huán)境保護及技術應用角度出發(fā)，燃料電池汽車毫無疑問是新能源汽車的終極目標之一。

4、氫燃料電池行業(yè)制約因素

氫能產業(yè)鏈基礎設施的完善是現(xiàn)階段制約我國燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展的重大瓶頸。我國加氫站的建設存在投入成本高、缺乏標準體系等特點，且上游氫氣制備、存儲、運輸體系亦不完善，導致目前氫氣成本超過燃油成本，規(guī)模化推廣應用存在較大困難。

在國家政策和產業(yè)資本的大力支持下，我國燃料電池技術已經(jīng)取得了重大的突破，但是關鍵技術水平與國際先進水平仍存在差距，制造工藝有待進一步提升。

目前，燃料電池質子交換膜、雙極板、高壓氣瓶等核心部件基本依賴進口，國內關鍵材料開發(fā)多停留于小批量階段，缺乏批量、穩(wěn)定的產品供應，產業(yè)鏈還未形成穩(wěn)定的供應體系，因而產業(yè)鏈的全面國產化仍然需要一定的時間積累。

5、“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術比肩國際巨頭

近年來，我國在國家及地方層面同步支持燃料電池的發(fā)展，燃料電池汽車的示范推廣區(qū)域和規(guī)模不斷擴大，應用場景持續(xù)增多，產業(yè)鏈關鍵技術國產化程度不斷提高，巨大的市場空間吸引了大量社會資本的流入，帶動了產業(yè)鏈合作、戰(zhàn)略投資，加快了我國燃料電池行業(yè)發(fā)展進程。

隨著環(huán)保理念的普及，清潔能源的開發(fā)和使用，被越來越多的國家和企業(yè)看重。近期，據(jù)外媒報道，全球領先的氫燃料電池汽車公司HyzonMotorsInc.宣布推出全新的車載儲氫系統(tǒng)技術，預計將從2021年第四季度開始部署在其所有車輛上，氫燃料的開發(fā)和應用正在成為企業(yè)競逐的新賽道，也是實現(xiàn)碳中和與碳達峰的重要路徑之一。

氫燃料汽車能夠真正實現(xiàn)“零排放”，因此也被很多人稱為新能源汽車的“終極解決方案”。這方面，國內已經(jīng)涌現(xiàn)出不少先行者，并且取得了不俗的成績。例如，中國最早開展燃料電池技術研發(fā)的汽車企業(yè)上汽集團，在氫燃料電池領域就已經(jīng)取得了令人矚目的成果。

上汽于2001年就啟動了鳳凰一號燃料電池汽車項目，著手氫燃料電池技術的研究，累計投入了超過30億元的研發(fā)費用，目前已獲得511份燃料電池領域相關專利，并積極參與制定了15項燃料電池國家標準，取得了豐富的研發(fā)成果。

上汽旗下的捷氫科技，致力于推動氫能與燃料電池行業(yè)的發(fā)展，在電堆核心零部件開發(fā)（雙極板、膜電極）、電堆集成、燃料電池系統(tǒng)集成到動力系統(tǒng)集成、整車集成均具備完全正向開發(fā)能力和完整的自主知識產權。

其自主研發(fā)的燃料電池系統(tǒng)PROMEP3系列產品實現(xiàn)一級零部件100%國產化，產品已應用在中重卡、城際客車、燃料電池乘用車等多種量產車型上，核心技術比肩以豐田、現(xiàn)代為代表的全球水平。

“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術比肩國際巨頭

以全球首款燃料電池MPV車型——上汽大通MAXUSEUNIQ7燃料電池車為例，該車搭載了上汽最新自主開發(fā)的第三代燃料電池系統(tǒng)PROMEP390，電堆功率為115kW，體積功率密度為3.1kW/L，關鍵指標達到國際一流水平，并且能在-30℃低溫下實現(xiàn)正常運行，成功克服燃料電池車低溫冷啟動的行業(yè)難題。這臺燃料電池MPV加滿氫只需要3分鐘，就像加油一樣方便，續(xù)駛里程則超過了600公里。

“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術比肩國際巨頭

此外，上汽還推出了大通MAXUSFCV80燃料電池寬體輕客、申沃燃料電池客車、上汽紅巖燃料電池重卡、上汽躍進燃料電池物流車等多款燃料電池落地產品，是全球行業(yè)中唯一一家實現(xiàn)多品種燃料電池車商業(yè)化落地的企業(yè)，為環(huán)保出行貢獻出了強大的“氫能量”。

“氫”實力誰更強？上汽氫燃料電池技術比肩國際巨頭

在氫燃料電池領域，上汽從未停止前進的腳步。相信未來上汽在氫燃料電池領域將繼續(xù)加碼，爭取成為世界燃料電池汽車領域的領導者，為帶來更環(huán)保的出行以及建設清潔氫能社會貢獻力量。先行視車，新能源網(wǎng)