当前人类建立在以消耗煤炭、石油、天然气为主的不可再生能源基础之上的经济发展模式，导致了日益突出的环境污染和温室效应问题。为实现人类社会可持续发展，建立人与自然的和谐关系，发展风能、水能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等绿色能源，成为世界各国高度关注的课题。多数可再生能源所固有的间隙性、随机与波动性，导致了严重的弃风、弃光、弃水等现象。氢能作为可存储废弃能源并推动由传统化石能源向绿色能源转变的清洁能源，其能量密度（140 MJ/kg）是石油的 3 倍、煤炭的 4.5 倍，被视为未来能源革命的颠覆性技术方向。

一、政策支持氢能加速发展

氢能正在驶入发展的快车道。近期，多地频繁出台政策支持氢能产业发展。

11月23日，上海市经济信息化委主任吴金城介绍，上海将全力打造未来能源产业集群，在氢能领域，上海计划到2025年建设各类加氢站70座左右，建成3到5家国际一流的创新研发平台，燃料电池汽车保有量突破1万辆，氢能产业链产业规模突破1000亿元。

事实上，不止上海，自11月中旬以来，就有湖南省、安徽省、宁夏（自治区）三个地区接连发布了氢能产业发展专项规划。

安徽省提出，到2025年，力争燃料电池整车产能达到5000辆/年，加氢站（包括合建站）数量达到30座。宁夏（自治区）提出，到2025年，氢燃料电池重卡保有量500辆以上，建成加氢站10座以上。湖南省提出，到2025年，推广应用氢燃料电池汽车500辆，建成加氢站10座。

市场认为，氢能产业的火热与国家的顶层设计密切相关。今年3月份，国家发改委和国家能源局出台《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，明确了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分和战略性新兴产业的重点方向。此后，各地也纷纷给出更为明确的规划目标和支持政策，带动氢能产业快速发展。

据香橙会研究院统计，截至目前，全国已有22个省（自治区、直辖市）发布了省（自治区、直辖市）级氢能发展规划，而其他没发布省级氢能规划的省（自治区），也基本上出台了发展氢能产业方面的政策文件。

除了省级层面外，各个城市也在加快氢能产业布局。目前已有超过60个地级市出台氢能发展规划。

二、我国氢燃料电池技术研发进展及重点发展方向

氢燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点，相应技术进步可推动氢气制备、储藏、运输等技术体系的发展升级。在新一轮能源革命驱动下，世界各国高度重视氢燃料电池技术，以支撑实现低碳、清洁发展模式 。

（一）关键材料及组件研发进展

近年来，我国的氢燃料电池技术基础研究较为活跃，在一些技术方向具备了与发达国家“比肩” 的条件；但整体来看，所掌握的核心技术水平、综合技术体系尚不及具有领先地位的国家，如我国在1998 年才出现首个氢燃料电池发明专利，目前相关核心专利数仅占世界的 1% 左右。先发国家在氢燃料电池系统、组件、控制技术、电极等方面发展相对均衡，一些国际性企业在燃料电池系统、电池组件与加工、控制技术等方面居于世界领先地位。

在储氢方面，高压气态储氢技术在国内外获得普遍使用，低温液态储氢在国外有较大发展，而国内暂限于民用航空领域的小范围使用。液氨、甲醇、氢化物、液体有机氢载体（LOHC）储氢在国外已有成熟产品和项目应用，而国内仍处于小规模实验阶段。催化剂、GDL 等关键零部件或材料处在研究与小规模生产阶段，批量化产品的可靠性、耐久性还需要长期验证，主要技术为国外公司所掌握。中山大洋电机股份有限公司、思科涡旋科技（杭州）有限公司、上海汉钟精机股份有限公司等国内企业，均处于氢气循环泵的产品研发验证阶段，部分公司已实现小批量产品供货。碳纸、碳布是制备 GDL 的关键材料，基础材料是碳纤维；我国碳纤维研制从 20 世纪 80 年代中期才开始，目前尚处于小规模生产阶段，生产的碳纤维很难同时满足电堆对于低电阻、高渗透性、机械强度大等的要求，与国外高性能碳纤维材料相比仍有较大差距。上海河森电气公司、上海济平新能源科技公司均有小批量的碳纸生产能力。我国已将碳纤维列为重点支持的战略性新兴产业，相关技术在产业政策扶持下有望加速发展。

石墨 BPs 已实现国产化，金属 BPs 实现小批量供货，但耐久性、可靠性有待继续检验；相关研究单位或企业有中国科学院大连化学物理研究所、武汉理工大学、新源动力股份有限公司、国鸿氢能科技有限公司、上海弘枫实业有限公司等。上海重塑能源科技有限公司、上海捷氢科技有限公司、新源动力股份有限公司等氢燃料电池电堆供应商，产品功率达到国际先进水平，建成了自动化生产线；金属 BPs 电堆功率密度达到 3.8 kW/L，可在 –30 ℃低温条件下自启动，完成 6000 h 实车工况耐久性测试 [24]。安徽明天氢能科技股份有限公司、雄韬电源科技有限公司已经建成电堆自动化生产线。贵研铂业股份有限公司、中国科学院大连化学物理研究所、上海交通大学、清华大学等从事催化剂研究，其中中国科学院大连化学物理所制备的 Pt3Pd/C 合金催化剂已应用于燃料电池发动机 [11]。PEM 已具有国产化能力，年产能可达数万平方米，但高端产品还依赖进口。空气压缩机技术起步晚，2018 年实现国产化并有小批量生产，但缺少低功耗、高速、无油的空气压缩机产品。

在产业发展方面，珠江三角洲、长江三角洲、京津翼地区涌现出了数百家氢燃料电池公司；氢燃料电池商用车（客车、叉车）已实现批量生产，燃料电池乘用车尚处在应用示范阶段。国产乘用车、商用车的电堆功率与国外产品大致相当，但系统可靠性、耐久性、比功率、综合寿命方面还需工况验证。国内一些企业掌握了氢燃料电池系统研发技术，相关产品的冷启动、功率密度等性能显著提升，具有年产万台的批量化生产能力。然而与国际先进水平相比，国产电池系统核心零部件及系统的耐久性与可靠性仍存在一定差距。

（二）重点发展方向

1. 关键材料与核心组件的性能及产能提升

膜电极、BPs、氢气循环泵、空气压缩机、 GDL 等核心组件，PEM、催化剂等关键材料，均已实现小规模自主生产，为未来大规模商业化生产储备了技术基础条件。氢燃料电池系统的国产化程度已从 2017 年的 30% 提高到 2020 年的 60%。预计到 2025 年，金属 BPs 可完全国产化，低功耗、高速、无油的空气压缩机进入小规模自主生产阶段；机械强度高、孔隙率均匀、抗碳腐蚀的碳纤维制备技术有望取得突破，大电流密度条件下的 GDL 水气通畅传质问题有望得到解决。

在技术应用方面，从现阶段重点发展氢燃料电池客车、卡车等商用车，逐步推广到乘用车、有轨电车、船舶、工业建筑、分布式发电等领域。随着关键材料的物理性能改进，各组件热学、力学、电化学稳定性提高，氢燃料电池系统的稳定性、综合寿命将有明显改善。预计到 2035 年，燃料电池系统功率密度将由当前约 3.1 kW/L 全面提升到约 4.5 kW/L，乘用车、商用车电堆寿命将由当前的 5000 h、15 000 h 分别增加到 6000 h、20 000 h。

2. 生产成本的显著下降

氢燃料电池系统的成本必然随着技术进步、生产规模的扩大而下降，预计未来 10 年生产成本将降低至目前的 50%。燃料电池系统各部件的成本构成，若按照年产量为 5×105 套、净功率为 80 kW/套计算，可建立分析模型 [25]：膜电极成本占比为 27%，BPs 成本占比为 12.4%，空气循环子系统（含空气压缩机、质量监控传感器、温度传感器、过滤器等）成本占比为 25.8%，冷却回路（含高低温回路、空气预冷器、电子组件等）成本占 11.2%，其他成本占 23.6%。双极板和催化剂分别占整个电池电堆成本的 28% 和 41%，而气体扩散层、电解质膜、膜电极骨架三者成本大体相当，约占电堆成本的 6%~8%；各部件在系统成本中的占有比例随着生产规模和各自的技术水平而变化。该分析结果虽具有模型依赖性并建立在丰田 Mirai 车型数据及一些前提假设基础上，但揭示了未来提高氢燃料电池电堆功率密度、降低氢燃料电池系统制造成本的途径。应重点发展低成本、低 Pt 或无 Pt 的电催化剂，低成本、轻薄型、高性能复合材料 BPs，尽快发布产业政策和技术规范，在条件成熟区域扩大燃料电池系统生产规模。

美国能源部计划在 2025 年实现氢燃料电池系统（功率为 80 kW）成本目标 40 美元/kW，为远期的 30 美元/kW 目标奠定基础，进而达到与内燃机汽车的生产成本可比性。按照我国现有的技术储备条件，根据中国氢能联盟《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》（2019 年、2020 年）预测，2035 年我国氢燃料电池系统的生产成本将降至当前的 1/5（约 800 元/kW）；到 2050 年降低至 300 元/kW [26]；届时燃料电池汽车拥有量将超过 3×107 辆，加氢站数量达到 1×104 座，氢能消耗占终端总能源消耗的 10%。虽然不排除因我国研究机构与企业之间的深度协作而带来技术快速提升，到 2035 年氢燃料电池汽车成本将具有与内燃机汽车同等的竞争力 [27] 并基本接近国外先进水平，但就目前的技术状态而言，需着力提升氢燃料电池电堆材料制备和部件制造技术，大幅度降低相关系统的生产成本。

三、氢能源在产业布局迈出了实质性步伐

近期，丰田燃料电池研发与生产项目（一期）奠基仪式在北京市经济技术开发区举行。此项目主体由联合燃料电池系统研发（北京）有限公司及华丰燃料电池有限公司构成，将建设燃料电池系统生产线、检测线和研发中心，生产燃料电池系统产品，并进行燃料电池系统相关研发工作。

值得注意，这是丰田在海外首次成立氢燃料领域的研发和生产公司。对于丰田为何会选择此时落地该项目？清华大学汽车工程系副研究员仇斌表示：“丰田所走的新能源汽车技术路线和其他车企有所不同，在电动化发展的路上，丰田选择主攻氢燃料电池，但发展过程并不顺利。目前中国正在积极推进氢能源，借此“东风”有利于丰田氢能源汽车的推广和氢能产业链相关的基础设施建设。”

2021年12月，财政部、工业和信息化部等五部门印发了《关于启动新一批燃料电池汽车示范应用工作的通知》（以下简称《通知》），《通知》提出要加快形成燃料电池汽车发展可复制可推广的先进经验。

2022年3月23日，国家发改委、国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》(以下简称《规划》)。该《规划》明确了氢的能源属性，定位为未来国家能源体系的重要组成部分。

这是否意味着氢燃料电池汽车即将在乘用车领域开始大规模推广？“由于乘用车的路线不确定，定点定线运行的商用车更适合用氢能汽车。”在仇斌看来，氢能汽车的续航里程长、加氢时间短、且耐低温等特性，比较适合在物流车、公交车上面。

此外，加氢站高昂的成本也制约着氢能汽车向C端（乘用车）的发展。根据《中国氢能产业发展报告（2020）》显示，不包含土地成本，建同样规模的充电站，成本不到加氢站的1/10。根据国家能源局公布的数据，截至2022年6月，中国加氢站数量为270座。

文章来源： 中国工程院院刊，证券日报，中国财富网