来源：网络公开资料，氢燃料电池论坛编辑整理

氢的产业风口愈吹愈劲，各路资本正加强产业布局。中国氢能联盟战略委员会主任、科技部原部长、中国科学院院士徐冠华指出：“氢能保守估计在未来能源占比约10%，氢能已经成为我国能源战略的重要组成部分，将带动形成10万亿级新兴产业”。

《中国氢能源及燃料电池产业白皮书2020》显示：氢能将在重工业等难以脱碳的行业发挥重要作用，2060年氢气年需求量从三百多万吨的用量，将增加到1.3亿吨左右，可能实现翻4倍增长，氢能在终端能源消费中的比例到2060将达到20%！

不过，氢能装备中有八项卡脖子技术被认为是限制整个氢能行业的关键技术，分别是氢燃料电池中的催化剂、扩散层、质子交换膜、膜电极、双极板、电堆以及上车之后的系统中的空气压缩机、氢循环泵。国家电投氢能科技公司董事长、党委书记李连荣表示，这八项技术既限制了整个氢能行业的发展，同时这八项技术也对上游电解水制氢的技术路线的整个装备也构成了制约。

催化剂

催化剂是质子交换膜燃料电池的核心部件，分别是阳极催化剂和阴极催化剂。里面阳极催化剂催化反应为氢氧化反应，阴极催化剂反应为氧还原反应。氢氧化反应经历的是两电子反应，而氧还原反应经历的是四电子反应。氧还原反应经历的电子转移步骤多且复杂，导致其慢速的反应动力学，从而成为制约整个反应的速度。

在已研发的燃料电池催化剂中，铂的效率是最高的，然而铂属于贵金属，产量低，价格昂贵，这使它提高了燃料电池的成本；其次铂的化学稳定性比较低，在催化过程中容易被其他的有毒化学物质影响，导致其催化效率降低。科学家们也在不断寻找可替代的非贵金属催化剂来降低燃料电池的成本，延长其使用寿命。目前，开发高活性，高稳定性，低成本，低铂，甚至得到无铂的氧化还原催化材料是燃料电池研究中的重要课题。

国内主要企业：济平新能源、贵研铂业、中科科创、中自环保等；国外主要企业：日本田中、英国庄信万丰、日本JSR、巴拉德等。

气体扩散层

氢燃料电池气体扩散层（GDL）是燃料电池膜电极的重要组成部分，位于流场和催化剂层之间，是支撑催化剂层和收集电流的重要结构，同时为电极反应提供气体、质子、电子和水等多个通道。因此，开发高性能的GDL对燃料电池的耐久性和可靠性具有非常重要的意义。

在燃料电池进行电化学反应时，气体扩散层不但提供了气相反应物和和液体水的传输通道，还提供了电和热的传导通道。性能良好的气体扩散层需满足：多孔均质结构，透气性能好；导热导电能力强；表面平整、机械强度高、柔韧性好，利于膜电极的制造和长期使用的结构稳定性；适当的亲水/憎水平衡，防止过多的水分阻塞孔隙而导致气体透过性能下降；耐腐蚀，化学稳定性好。

气体扩散层的材料主要有碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布和碳黑纸等，也有利用泡沫金属、金属网等来制备。其中，碳纤维纸由于制造工艺成熟、性能稳定、成本相对较低和适于再加工等优点，成为扩散层的首选。

目前燃料电池生产商多采用日本东丽、加拿大Ballard、德国SGL等厂商的碳纸产品。东丽占据较大的市场份额，且拥有的炭纸相关的专利较多，生产的炭纸具有高导电性、高强度、高气体通过率、表面平滑等优点。我国对碳纸的研发主要集中于中南大学、武汉理工大学等高校，还有台湾碳能科技。碳能科技的碳纸不像前面几家（主要供应航天、汽车等领域），生产燃料电池膜电极专用碳纸，价格较低但是性能也相对较差。国内江苏天鸟具备优秀的碳纤维织物的生产能力，但可惜的是但由于燃料电池市场太小，尚无量产计划tangxin。

质子交换膜

质子交换膜（PEM）是PEMFC的核心部件之一，能传递质子但对电子绝缘，直接影响着燃料电池的性能和使用寿命。目前，工业应用的膜材料主要是全氟磺酸膜、非全氟磺酸膜、无氟化质子交换膜等。

作为电池的电解质，PEM的作用包括:(1)防止电池阴阳极接触，避免两极燃料直接反应，确保能源利用率;(2)传输氢质子，高质子电导率的PEM是电池效率的保证;(3)阻隔电子，确保电子从外电路传输，达到使用电能的目的。因此，PEM实质上是一种致密的选择性透过膜。

从所起的作用和商用的实际需求来看，用于PEMFC的质子交换膜必须满足的条件包括:(1)高的质子传导性能，可以降低电池内阻，提高电流密度;(2)较好的稳定性，包括物理稳定和化学稳定，阻止聚合物链降解;(3)较低的尺寸变化率，防止膜吸水和脱水过程中的膨胀和收缩引起的局部应力增大造成膜与电极剥离;(4)较高的机械强度，可加工性好，满足大规模生产的要求;(5)较低的气体渗透率，防止氢气和氧气在电极表面发生反应，造成电极局部过热，影响电池的电流效率;(6)适当的性价比。

由于全氟磺酸型质子交换膜具有机械强度高、质子传导能力强两大优势，使得其真正应用于质子交换膜燃料电池。目前市场上在售的全氟磺酸型质子交换膜主要有美国杜邦公司(DuPont)的Nafion系列膜，比利时苏威(Solvay)的Aquivion膜，美国陶氏化学(Dow)的Dow膜，日本旭硝子(AsahiGlass)的Flemion膜，日本旭化成(AsahiChemical)的Aciplex膜等。我国山东东岳集团也已可以自主生产全氟磺酸树脂。

膜电极

作为燃料电池电堆的“心脏”，膜电极很大程度上决定着电堆的性能水平。其结构上由质子交换膜、催化剂和气体扩散层三大基础部件构成。作为燃料电池中技术门槛最高的一环，膜电极的结构设计和制备工艺都较为复杂。因此能否实现膜电极的自产成为了众多投资者选择电堆制造企业的重要衡量标准，也从某种意义上说明了膜电极的重要性。

由于较高的技术壁垒，国内商业化膜电极来源主要依靠进口，据统计资料表明，截至2021年2月，累计装车使用的电堆中超过70%的膜电极来自进口。其原因主要是产业初期，产业链的攻关重点集中在系统和电堆上，对膜电极的关注度不够，产业链上存在缺失，自产膜电极相比技术成熟的进口膜电极性能相差较大。

膜电极是燃料电池多重反应的一个交汇点，包括燃料电池的传质传热，需要把整个反应过程控制好，对燃料电池性能和寿命起到至关重要的作用。所以，膜电极不管是在燃料电池电堆中的作用性以及成本来讲都非常重要。早期的发展中，主要是引进和消化巴拉德的技术，膜电极都是以进口采购为主。

不过现在国内有一批膜电极制造企业站了出来，从小规模应用到规模化出货，功率密度达到1.2W/cm2甚至少数企业能达到1.4 W/cm2以上，测试使用寿命达到了1-2万小时，产品良品率也大幅提高。

双极板

双极板作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）的重要组成部分，其质量约占电池堆的 80% ，成本约占 38% ，几乎占据了燃料电池堆的所有体积。因此，其材料的选择与 PEMFC 电化学性能密切相关。因此，对双极板材料的研究已成为 PEMFC 研究中的热点之一。

目前，国内外对于 PEMFC 双极板材料的研究主要集中在石墨、金属和聚合物复合材料方面。

国际市场上，欧美日石墨、金属双极板整体较强，美、英复合材料双极板处于世界先进水平。国内石墨双极板较成熟，个别厂商生产的石墨双极板部分性能已达国际先进水平。金属和复合材料双极板在我国研究较晚，技术仍有较大提升空间。

燃料电池电堆

电堆是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆糖心vlog入口。

国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等。也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业，例如奥迪（采用加拿大巴拉德定制开发的电堆）和奔驰（采用奔驰与福田的合资公司AFCC的电堆）。乘用车因为空间限制，目前只能采用高压金属板电堆的技术方案。

目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard和Hydrogenics，欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品，已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验，这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能，Ballard还与广东国鸿设立了合资企业生产9SSL电堆。此外还有一些规模较小的电堆开发企业，例如英国的Erlingklinger，荷兰的Nedstack等，在个别项目有过应用，目前产能比较有限。

国内能够独立自主开发电堆并经过多年实际应用考验的有大连新源动力和上海神力，大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线，与上汽合作，开发了荣威950乘用车和上汽V80客车。上海神力成立于1998年，是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业，目前两家都建成了燃料电池电堆中试线，正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。另外有一些新兴的燃料电池电堆企业，例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等，也开发出燃料电池电堆样机和生产线，正处于验证阶段。

空气压缩机

燃料电池工作系统在燃料电池电动车工作中起着至关重要的作用，而此系统的运行离不开空压机对其提供的压缩空气，空压机的性能直接影响着整个燃料电池系统的压缩比、效率、噪声等重要性能指标。

目前，车用氢燃料电池空气压缩机主要有离心式、螺杆式、罗茨式、涡旋式等。离心式空压机转速高、尺寸小、质量轻，但存在喘振现象，在变工况下，性能会变差，甚至影响到压缩机的使用和寿命安全。螺杆式属于机械增压，在工况变化的情况下，其性能几乎不变，效率高、可靠性高，但噪声较大、质量较重。罗茨式因压力值达不到氢燃料电池工作的最佳效率点，且振动噪声大、效率低。涡旋式受限于自身结构原因，空间占用较大；同时，因无油涡旋空压机的密封方式为PTFE密封条结构，在工作运转过程中，密封条磨损大、寿命短；在车用变工况使用的情况下，可靠性差。

离心式空压机通过旋转叶轮对气体做功，在叶轮与扩压器流道内，利用离心升压和降速扩压作用，将机械功转化为气体内能。由于具有结构紧凑、响应快、寿命长和效率高的特点，是最被看好的增压方式之一。

氢循环泵

对于燃料电池发动机这个心脏来说，作为“血液”的氢气是否能高效循环反应，是动力能否顺畅输出的关键，而氢循环模块就像是一个“起搏器”，是氢燃料电池发动机的关键技术之一。

现阶段氢循环产品主要有氢气循环泵、氢气引射器等产品，系统厂家根据各自产品的设计需求，有单纯采用氢循环泵的，也有部分厂家采用氢气引射器，还有部分系统供应商并未采用氢气循环系统。 2020年国内氢循环系统有引射器和氢循环泵两种产品，其中氢循环泵是主流，引射器使用量有所增长。

按照技术路线的不同，国内企业涉足氢气循环泵的还有东德实业、瑞驱电动、雪人股份、汉钟精机、南方德尔、济南思明特、浙江恒友、伯肯子公司北京兰天达等；而涉足引射器的公司则主要有鸾鸟电气、浙江宏昇、未势能源等企业。

氢燃料产业链全景梳理：

资料来源：方证证券