燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle，FCV），是利用氢气和空气中的氧在燃料电池中经催化剂作用，由电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。由于作为汽车能量供给的燃料电池是通过相对纯净的化学反应使氢气、甲醇等清洁能源产生电流，这使得燃料电池本身具有安全性高、对环境友好等特点，加之燃料电池汽车本身具有纯电动汽车所没有的续驶里程局限小和补充能量快的特点，使得燃料电池汽车成为汽车行业在解决全球能源和环境等问题最理想的方案之一，也是未来氢能下游产业链的主要发展领域。燃料电池作为燃料电池汽车中的核心部件，其相关技术的发展直接影响燃料电池汽车的性能。根据使用电解质种类，燃料电池可分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DM-FC）等。其中，PMEFC具有发电效率高、无污染、无噪声、冷启动快以及比功率高等优点，应用广泛，在交通领域被视作是化石能源发动机的替代品。PEMFC的结构单元主要由膜电极组件和双极板构成，其中膜电极组件是由质子交换膜、催化剂与气体扩散层组合而成，是原料发生反应的场所，双极板是由带流道的金属或石墨薄板构成,具体结构如下图所示：
（来源：WILBERFORCE T,EL-HASSAN Z,KHATIB F N《Development of Bi-polar plate design of PEM fuel cell using CFD techniques》)
燃料电池开始工作后，O2和H2作为反应气体分别从阴极流道和阳极流道进入扩散层，H2进入阳极的催化层在催化剂的作用下分解为H+和电子，H+与水分子形成H3O+，H3O+可以通过扩散作用从浓度较高的阳极顺浓度梯度穿过质子交换膜到达阴极，与阴极催化层的O2发生反应，生成H2O从阴极排出，而电子无法穿过质子交换膜,便会顺着外部电路到达阴极，产生电流，将燃料的化学能转化为电能。该过程涉及的反应式如下:阴极反应：02(g)+4H+(aq)+4e→2H2O(1)膜电极的耐久性直接决定燃料电池电堆的耐久性，进而影响燃料电池汽车的使用寿命。目前，国内已有一批可以独立研发、生产膜电极的企业，如武汉理工氢电科技有限公司、鸿基创能科技有限公司、苏州擎动动力科技有限公司等。从产品性能来看，我国研发的膜电极在主要性能参数方面与国际水平接近，已基本满足产业化需求，下表为国内外膜电极性能参数对比：（来源：Trend Bank，华经产业研究院整理）
双极板是PEMFC的核心元件，具体功能是提供气流通道，防止燃料电池气室中的氢气和氧气串通，并在串联的阴极和阳极之间建立电流通路。目前较常用的双极板有石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板。我国石墨双极板技术水平比较成熟，多家企业生产的石墨双极板部分性能都已达国际先进水平。如上海弘竣实业有限公司通过浸渍工艺，将石墨双极板的孔隙率减少了95%以上；嘉裕碳素生产的石墨双极板单面有槽厚度在0.5mm，双面有槽厚度在0.8mm，单组石墨双极板的厚度在1.3mm左右，提前突破了国家制定的2025年前单组石墨双极板厚度1.5mm的要求；上海弘枫实业有限公司成功研发了超薄石墨双极板，大大减少燃料电池堆的体积和重量，性能优异，运行稳定。我国金属和复合材料双极板技术起步较晚，仍有较大的提升空间，相关企业有新源动力股份有限公司、上海冶臻新能源装备有限公司、爱德曼氢能源装备有限公司等。金属双极板方面，我国在涂层技术上已实现突破，开发了多种具有自主知识产权的石墨基、钛铬基纳米复合涂层，并应用于金属极板。此外，金属双极板的设计技术也取得较大进展，开发出无须增湿金属双极板，利用波纹流场结构对板面流体进行合理分配，并通过对波纹周期参数的调节实现不增湿条件下的堆内保水。复合材料双极板方面，它能较好地结合石墨板与金属板的优点，具有密度低、抗腐蚀、易成型的特点，能够使电堆装配后达到更好的效果。但是，由于其加工周期长、长期工作可靠性较差，在我国应用较少。从我国燃料电池汽车产业发展历程来看，未来的燃料汽车产业发展需要相关技术的不断推进。目前，在质子交换膜燃料电池领域我国已取得显著进展，多家企业先后赶超国际标准，但我国在技术水平上较技术领先国仍有较大差距，未来仍需加强研究方面的投入。同时，我国燃料电池汽车虽在燃料电池电堆的关键材料、动力系统的核心部件、整车集成和氢能基础设施的核心技术等方面有所突破，但大部分研究集中于实验室研究阶段，实际应用不足，难以将研究理论成果转化为实际产业效能，未来需结合政府氢能政策，联合上下游产业，建立大规模供给生产线，以实际应用刺激相关技术的再进步。2.黄天纵，陈辉，吴勇，陶冠宇，夏思瑶，夏春怀《质子交换膜燃料电池双极板的研究进展》3.王桂芸，王旭，张艺书《中国车用燃料电池技术及产业化进展》4.张伟，向洪坤《燃料电池汽车基本技术及发展综述》5.吴婷，钟叔华《燃料电池汽车PEMFC技术空间分布及其演变》
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