燃料电池是氢能产业下游应用的关键环节之一，国内外诸多企业投入到相关零部件、电堆及系统的研发制造当中。尤其是近3年，国内燃料电池产业技术水平及制造工艺日新月异，不但产品总体性能达到了较高水平，国产化程度也得到了大幅提高。
能景研究认为，除部分关键零部件性能、国产化不足等少数卡点外，2022年之后国内燃料电池产业技术部分技术发展需求与趋势呈现了一些趋势。
能景研究对2022年燃料电池技术的发展状况及部分趋势进行了分析，以供行业参考。
01 核心零部件研发逐步深入，性能逐年提升
燃料电池属于技术含量密集的复杂系统产品，其性能水平极大地取决于其关键零部件的性能。燃料电池各零部件，尤其是材料类零部件工艺敏感性高、研发需求时间长，其性能取决于研发突入的深度、时间积累长度，整体呈现出逐年提升的特征。
膜电极功率面密度持续提升。目前国际市场上的膜电极功率密度在1.4~1.6 W/cm2之间。2020年，国内膜电极研发较浅，功率面密度在1.2 W/cm2左右；到2022年，随着研发投入的增加以及生产经验的积累，膜电极功率面密度达到1.4 W/cm2左右。而随着新型催化剂、有序化膜电极制备技术、高效质子交换膜技术等方面的突破，膜电极功率面密度可继续提高，有望达到2 W/cm2以上。
提高膜电极功率密度对燃料电池降本增效十分关键。相同燃料电池功率需求下，膜电极的功率密度提高一半，可以约降低膜面积或膜片数一半，从而节约一半质子交换膜、气体扩散层、极板等的需求，降低生产成本与燃料电池体积。
质子交换膜厚度不断减小，质子电导率提升；国产性能接近国际先进水平。国内车规级质子交换膜以美国戈尔的产品为主，且仍在不断进行产品升级，降低厚度，提高电导率；2021年戈尔主要提供12微米质子交换膜，2022年左右开始推广8微米质子交换膜，此外实验室还在开发5微米产品。
国内东岳、国电投武汉绿动等已企业已实现了质子交换膜量产，厚度最低可达8微米，在质子电导率、机械强度等方面也已达到国际同类竞品水准，且已实现了超百辆燃料电池汽车的装车实用与验证。但是，保证8微米质子交换膜长寿命以及稳定性难度较高，推广难度高，预计短期内国内产品仍以10微米以上为主。
02 国产化替代逐步实现
氢能的燃料电池产业应用属于新兴领域，涉及到诸多新型机械装备及新型材料；国内产业起步晚，但工业及科研基础好，在政策推动及市场需求拓宽的背景下，空压机、氢循环泵等装备类产品迅速实现国产替代。
但是质子交换膜、气体扩散层等材料类产品，以及涉及到新材料（增湿膜）的增湿器等国产化脚步相对较慢，因为国内材料产业底子薄，且新材料的生产工艺流程多、参数复杂，需要更多时间进行技术积累与数据资料迭代。
到2022年，部分企业已经过了5年以上的新材料研发及市场推广，增湿膜最先突破，随之增湿器国产化率提高到近80%；质子交换膜、气体扩散层由于工艺相对更加复杂，产品良品率较难保证，但也已来到了市场推广阶段，目前二者的国内产能都已达到了100万平米以上。
能景研究认为，2022~2024年是质子交换膜、气体扩散层国产替代规模化发展阶段，到2025年左右可基本完成国产化。
03 技术路径出现新选择
国内金属双极板应用比例逐渐增大。2019年金属板电堆出货量仅占20%左右，到2022年则首次超过了石墨板电堆，达到了55%左右。
2022年之前，国内燃料电池行业以解决可用性问题为首要目标，即提高功率、保障稳定性等，在此需求下研发成本低、加工技术相对简单、稳定性好的石墨板就成为了首要选择。
2022年，燃料电池市场快速起量，同时功率低等问题基本得到解决，市场需求由可用逐渐转向好用，细节技术迭代及深度性能优化更加重要；加上经过多年研发，金属板加工技术已经相对成熟，市场需求变化叠加技术积累，厚度更小、导电性更高的金属板逐渐上升为厂家及市场的主流选择。
此外，2022年氢引射器逐渐广泛应用同样遵循此逻辑。能景研究认为，2022年之后燃料电池零部件技术升级及其带来的燃料电池深入优化将成为更加核心的竞争目标。
04 电堆体积功率密度逐渐提高
据能景研究不完全统计，2019年，国内石墨板燃料电池电堆的体积功率密度不到4 kW/L。到2022年，国内石墨板燃料电池新发布产品中，电堆体积功率密度最高已达到4.9 kW/L，且多款达到4.5 kW/L，已超过了Mirai搭载的金属板燃料电池（含端板4.4 kW/L）；同时，新发布金属板电堆中，体积功率密度最高达到了6.4 kW/L以上。国产燃料电池体积功率密度已居于国际领先地位。
虽然重卡等商用车对发动机空间占用的要求较低，但降低体积功率密度可为更大功率的燃料电池减小体积；而乘用车受外型限制，要求燃料电池电堆的体积要求更高。国内高体积功率密度燃料电池会为燃料电池乘用车的发展打下良好的基础。
现阶段国内燃料电池体积功率密度的提高策略主要在于降低双极板的厚度，石墨双极板的厚度最低已降到了1.5 mm水平，金属双极板已降低到了0.5 mm水平。但双极板厚度降低空间始终有限，将来更取决于提高膜电极面功率密度。
05 系统总功率继续攀升
根据工信部数据，2018年，国内燃料电池重卡的单台系统功率最高仅63 kW；到2021年，燃料电池重卡的单台系统功率提高到162 kW。
到2022年，燃料电池重卡的单台系统功率最高仍为162 kW，但14吨以下的燃料电池汽车最高系统功率由2021年的110 kW提高到了121 kW；同时，2022年多家燃料电池企业发布了200 kW以上乃至250 kW以上的燃料电池产品。
200 kW燃料电池已基本满足重卡在平坦路线、短程运输等场景下的动力需求，但在长途、复杂路况、40吨以上重载等陆运领域，以及在船舶、固定式发电等新应用领域，除去考虑占地更多的多台并联方案之外，200 kW电堆只是需求起点。
燃料电池系统功率的提升并非简单的单池堆叠。首先，大功率燃料电池体积增大，不但占用更多空间，而且气流管理等方面的难度也会增大；另一方面，200 kW以上大功率空压机等BOP系统产品仍然较少，300 kW以上将更难匹配，同时大功率BOP系统耗能将会增加。
能景研究认为，200 kW乃至300 kW以上大功率燃料电池电堆以及相应的BOP系统仍会是研发热点。
06 小结
2022年，国内燃料电池核心零部件性能提升、国产化替代逐步实现、新技术路径出现，电堆功率密度快速提高，系统功率大幅攀升并满足简单交通应用需求。与此同时，燃料电池技术发展的重心及方向展现出了一定的趋势。首先，关键零部件及燃料电池系统的深度优化将成为首要发展重心；其次，大功率燃料电池电堆及BOP系统仍是重点研发方向。
