燃料電池是將化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝臵。燃料電池不經(jīng)過燃燒過程直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料（如氫氣、天然氣等和氧化劑）中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。燃料電池作為開放式系統(tǒng)，通過外部給予氧化劑及燃料可實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電，其能量轉(zhuǎn)化效率在 40～60%， 如果實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，燃料的總利用率可高達(dá) 80%以上。
燃料電池主要由陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路等四部分組成。電池的陰、陽兩極兼具電子傳導(dǎo)及催化劑的作用，燃料氣由陽極通入，反應(yīng)放出的電子經(jīng)外電路傳導(dǎo)到陰極，再與氧化氣結(jié)合生成離子。離子在電場(chǎng)作用下,通過電解質(zhì)遷移到陽極上,與燃料氣反應(yīng),構(gòu)成回路產(chǎn)生電流。在此過程中，燃料電池由于自身的電化學(xué)反應(yīng)以及內(nèi)阻,僅產(chǎn)生一定的熱量， 生成物主要是水， 無任何有害氣體排放，是真正的清潔環(huán)保電源。

燃料電池通過電化學(xué)方式取得能量

　　交通運(yùn)輸應(yīng)用有望成為燃料電池爆發(fā)的主推力。燃料電池叉車在北美增長(zhǎng)較為快速，燃料電池朝大功率發(fā)展，當(dāng)前全球燃料電池電動(dòng)車的保有量不足千輛，歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)家政府正大力支持燃料電池車的產(chǎn)研發(fā)展，日本政府宣布計(jì)劃 2020 年國(guó)內(nèi)燃料電池保有量達(dá)到 4 萬臺(tái)，2030 年之前達(dá)到80 萬臺(tái)。英國(guó)預(yù)計(jì)2020 年燃料電池車銷量達(dá)到 1 萬輛。

2008—2014年燃料電池出貨量（單位：千件）

　　2025 年度全球燃料電池系統(tǒng)市場(chǎng)增至 3281 億元的規(guī)模，燃料電池車用市場(chǎng)規(guī)模將暴增至 1842 億元，行動(dòng)裝臵用市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 19.8 億元。

美國(guó)燃料電池車是交通運(yùn)輸應(yīng)用領(lǐng)域的主要部分

國(guó)內(nèi)各應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)占比

　　預(yù)測(cè)到 2021 年，全球燃料電池汽車（包括巴士）銷量將超過 5萬輛，到 2024 年全球燃料電池車大規(guī)模量產(chǎn)時(shí)，年銷量將達(dá)到 22.8 萬輛。預(yù)計(jì)總市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 456 億元。

2015—2024年燃料電池汽車（包括巴士）銷量預(yù)估

　　燃料電池系統(tǒng)分為電池堆、燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)、輔助處理器、空氣壓縮機(jī)和增濕器等部分，系統(tǒng)的成本、制氫及存儲(chǔ)是制約燃料電池發(fā)展的瓶頸。預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化疊加豐田開放專利帶動(dòng)的技術(shù)普及提升有望助力單位成本的快速下降， 推動(dòng)氫燃料電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化突破。

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈

　　目前系統(tǒng)的耐久性為 2500h，以年產(chǎn) 50 萬臺(tái)計(jì)系統(tǒng)成本在49 美元/kW，美國(guó)能源部目標(biāo)是燃料電池系統(tǒng)的成本下降到 30 美元/kW，達(dá)到和內(nèi)燃機(jī)成本同樣的水平。當(dāng)功率密度為4kW/m2時(shí)， 從生產(chǎn)5萬輛到500萬輛燃料電池汽車的規(guī)模效應(yīng)下，成本將從 167 美元/kW 下降到 38 美元/kW。綜上認(rèn)為燃料電池的成本在產(chǎn)業(yè)規(guī)模化下存較大的下降的空間。

燃料電池的目標(biāo)狀態(tài)

　　加氫站的建設(shè)已有規(guī)劃，2015 年日本新增 28 座，是所有國(guó)家中新建數(shù)目最多的國(guó)家，其次是歐洲，新增 19座，全球共新增 54 座加氫站，全球加氫站存量共有 214 座正在運(yùn)營(yíng)。全球各國(guó)計(jì)劃2016 年新增104 座加氫站。目前建設(shè)加氫站的成本較高，建設(shè)加氫站的成本保守計(jì)預(yù)計(jì)為 1200~1500 萬元，我國(guó)雖沒有明確的規(guī)劃，但對(duì)日產(chǎn) 200kg 以上的加氫站給予 400 萬元的補(bǔ)貼。從規(guī)劃遠(yuǎn)景來看，日本規(guī)劃 2025 年達(dá)到 800 座加氫站，韓國(guó)規(guī)劃 2020 年建設(shè) 168 座加氫站，德國(guó)規(guī)劃2025 年達(dá)到千座以上。

全球主要國(guó)家加氫站建設(shè)規(guī)劃