燃料电池堆与关键材料：国内电堆技术水平存在差距
对比国内外燃料电池电堆，国内电堆在核心材料与关键技术方面仍存在短板，也 是造成燃料电池电堆成本居高不下的主要原因，其中膜电极层三大关键材料 P/t 催 化 剂、质子交换膜、碳纸主要依赖进口，国产材料尚无法满足高性能燃料电池电堆使用 需求；集流体双极板方面，石墨双极板经过多年开发已以国外技术水平相当，但低成 本、轻薄的金属双板开发仍为空白。
1）催化剂（catalyst）
催 化 剂是膜电极的关键材料之一，其作用是降低反应的活化能，促进氢、氧在 电极上的氧化还原过程、提高反应速率。目前，燃料电池中常用的商用催 化剂是 Pt/C 催 化剂，由 Pt 的纳米颗粒分散到碳粉（如 XC-72）载体上的担载型催 化剂。
在降低催 化剂成本的方面，目前有两条路径，一条是降低铂的使用量，另一条 则是研发非铂催 化剂，两者都已有所进展。铂使用量的降低现在已有所成效，纵观 燃料电池发展史，每平方厘米需要的铂已经从最初的 50mg 降低到了现在的不足 0.2mg。而非铂催 化剂也在研究中，虽然无铂催 化剂尚未进入工业应用的阶段，但 很可能是未来大幅降低燃料电池成本的关键。
在工业化生产方面，日本、英国、比利时等国外供应商的催 化剂制备技术处于 绝对的领先地位，已经能够实现批量化生产（＞10 公斤/批次），而且性能稳定，可 靠性高。国内目前几乎没有产业化催 化剂制造企业，催 化剂产品也比较单一。
2）质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）
质子交换膜是一种固态电解质膜，其作用是隔离燃料与氧化剂、传递质子（H+）。 目前常用的商业化质子交换膜是全氟磺酸膜，其碳氟主链是疏水性的，而侧链部分的 磺酸端基（-SO3H）是亲水性的，膜内会产生微相分离，当膜在润湿状态下，亲水相 相互聚集构成离子簇网络，传导质子。
3）气体扩散层（Gas Diffusion Layer，GDL）
气体扩散层位于流场和催化层之间，其作用是支撑催化层、稳定电极结构，具有 质/热/电的传导功能。因此 GDL 必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的 导电性、高稳定性。通常 GDL 由支撑层和微孔层组成，支撑层材料大多是憎水处理 过的多孔碳纸或碳布，微孔层通常是由导电炭黑和憎水剂构成，作用是降低催化层和 支撑层之间的接触电阻，使反应气体和产物水在流场和催化层之间实现均匀再分配， 有利于增强导电性，提高电极性能。
国外大多数制造厂商都已实现气体扩散层的规模化生产，且都有多款适应不同应 用场景的产品销售，包括日本东丽、德国 SGL 和加拿大 AVCarb 等。国内气体扩散 层还处于初级碳微孔层的制备阶段，性能均一性和稳定性尚未得到实际验证。
4）双极板（Bipolar Plate，BP）
双极板是燃料电池的阴极板和阳极板，其作用是传导电子、分配反应气并带走生 成水。功能上，双极板材料应是电与热的良导体、具有一 定的强度以及气体致密性 等；稳定性方面要求双极板在燃料电池酸性（pH=2~3）、电位（E=1.1V）、湿热（气 水两相流，约 80℃）环境下具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件不材料的相容无污 染性；商业化方面要求双极板材料要易于加工、成本低。燃料电池常采用的双极板材 料包括石墨碳板、复合双极板、金属双极板三大类，由于车辆空间限制（尤其是乘用 车），要求燃料电池具有较高的功率密度。因此相对较薄的金属双极板有更好的应用 前景。
国内石墨双极板技术近年来发展迅速，技术水平与国外相当，但厚度通常在 2mm 以上。复合膜压碳板在国外已突破 0.8mm 薄板技术，具备与金属板同样的体积功率 密度。目前国内薄碳板开发方面，国鸿有来自于加拿大巴拉德公司的授权技术。纯国 产复合膜压碳板处于研制开发阶段，预计 2021 年 1mm 薄板开始批量生产。
在金属双极板基材方面，目前是以不锈钢和钛合金板为主。不锈钢基材开发钢铁 企业为代表，而国内金属极板专用基材的发开方面仍为空白。
燃料电池系统：基本性能满足商业化需求，降本是重点
对比《节能与新能源汽车技术路线图（2016 年）》提出的技术目标，截止到今年， 我国乘用车、商用车用燃料电池系统的性能研发，系统性能已满足使用需求，但成本 在现有规模下距离目标要求依然还有很大差距，成本仍然是制约燃料电池汽车大规模 商业化的主要因素。
规模效应下，燃料电池系统成本有望下降至 40 美元/kW
美国能源部（DOE）对燃料电池汽车的成本进行了预估，规模效应将对燃料电 池及燃料电池汽车的成本形成重要影响。随着生产规模的扩大化，燃料电池系统的成 本将大幅下降。基于 2020 年的技术水平，在年产 50 万套 80kW 电堆的规模下，质 子交换膜燃料电池系统成本可降低到 40 美元/kW，即 80kW 燃料电池汽车的电池系 统总价约 3200 美元（约 2 万人民币）。
未来燃料电池车成本有望比动力电池汽车更低
燃料电池成本下降速率将明显高于锂离子电池：锂离子电池产业成本下降速率 已趋于稳定，而燃料电池产业仍处在发展初期，成本具有巨大下降潜力；燃料电池 电堆中除铂催 化剂外，其他材料包括石墨、聚合物膜、钢等，几乎不存在类似于锂、 钴、镍等稀缺材料对锂电池成本的刚性限制。同时，单位功率铂用量大幅下降，丰田 Mirai 燃料电池铂含量仅约 0.2g/kW，未来有望降低至 0.1g/kW 以下，且铂可以回收 利用，可以有效降低电堆成本。
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