燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝臵。 燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等， 像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。但是，它需要電極和電解質(zhì) 以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。目前最常用的燃料為氫氣和天然氣等碳?xì)浠�合物，但由于碳�(xì)?化合物在使用過程中會產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，因此氫氣成為燃料電池的最理想能源。由 于其電能轉(zhuǎn)換不經(jīng)過燃燒這一過程，能量轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到 60%左右，同時燃料電池的功率 范圍為 1W～100MW，可以廣泛應(yīng)用于交通運輸、便攜式設(shè)備、發(fā)電站和航空航天等領(lǐng)域。全球燃料電池市場銷售額快速增長，近五年 CAGR 達(dá) 35%以上，日本與美國爆發(fā)性增長是其主要推動力。燃料電池因其穩(wěn)定性和無污染的特質(zhì)， 應(yīng)用于多個領(lǐng)域。中國燃料電池發(fā)展前景廣闊，補貼力度大，是“十三五”重點扶持產(chǎn)業(yè)， 產(chǎn)業(yè)化趨勢已成。

燃料電池原理

質(zhì)子交換膜燃料電池–技術(shù)原理圖

　　與傳統(tǒng)的石化燃料相比，燃料電池具有零排放、無振動 噪聲等優(yōu)點，對于緩解交通運輸?shù)哪茉磯毫Α⒔档臀矚馀欧诺榷季哂兄匾�的作用；與煤炭火 力發(fā)電相比，燃料電池具有負(fù)荷響應(yīng)性好、高可靠度等優(yōu)點，對于提高發(fā)電效率、減小環(huán)境 壓力等也有顯著的效果。與鋰電池相比，鋰電池是封閉的電化學(xué)系統(tǒng)，其活性物質(zhì)貯存在電 池內(nèi)部，工作時無需加入燃料也無排出廢物，與環(huán)境只有能量交換而沒有物質(zhì)交換。但也正 因為如此，鋰電池的能量密度不可能很高，因此也限制了電池的總?cè)萘俊Ｈ剂想姵貫槌ㄩ_式 的電化學(xué)系統(tǒng)，其本身只是能量轉(zhuǎn)換元件，正、負(fù)極中不包含活性物質(zhì)。電池工作時，燃料 和氧化劑由外部供給，需要加入儲氫燃料且需要排出水，與環(huán)境既有能量的交換，又有物質(zhì) 的交換。燃料電池的電堆只是電化學(xué)反應(yīng)場所，原則上只要不斷輸入反應(yīng)物，不斷排除反應(yīng) 產(chǎn)物，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電，因此系統(tǒng)的能量密度主要取決于儲氫系統(tǒng)的儲存量，它在 能量密度上提高的潛力也更大。

不同電池的性能比較

主要燃料電池的類型與特征

　　2010-2015 年，PEMFC、SOFC、MCFC 三種類型電池占據(jù)了歷年總出貨量的 90%以上， 其中受交通運輸領(lǐng)域需求拉動，PEMFC 在 2015 年出貨量出現(xiàn)了跨越式增長，同比增長高 達(dá) 147.04%。

主要燃料電池的出貨量（MW）

　　目前每年10 億立方米的工業(yè)廢氫為 PEMFC 的早 期應(yīng)用提供充足燃料來源。風(fēng)電制氫經(jīng)濟(jì)性分析：按照風(fēng)電制氫成本 5kWh/m3 計算，2015 年全國棄風(fēng) 339 億 kWh，可以提供約 67.8 億立方米（約合 60.3 萬噸）氫氣；按轎車 1 年 2 萬公里里程、每公里耗氫量 10-15g 計算（200~300kg/輛/年），可供 200~300 萬輛燃料電池 轎車使用；按照客車 1 年 5 萬公里里程、每公里耗氫量 80-100g 計算（4~5 噸/輛/年），可供 12~15 萬輛燃料電池客車使用。

各應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)貨量（千件）

　　燃料電池的優(yōu)越性能和大功率范圍決定其廣泛的下游應(yīng)用 領(lǐng)域。從功率角度來看，高功率產(chǎn)品可用于城市大型發(fā)電站及醫(yī)院、商店等的發(fā)電裝臵，中等功 率產(chǎn)品可用于乘用車、客車等交通工具的動力電源，小功率產(chǎn)品則可用于無人機、自行車及便攜 式設(shè)備的電源。總之，下游應(yīng)用主要包括便攜應(yīng)用、固定應(yīng)用、交通運輸三個領(lǐng)域。

燃料電池應(yīng)用分類

　　2015 年，全球燃料電池系統(tǒng)的出貨量為 7 萬多套（較 2009 年增長 366%），但與大規(guī)模商業(yè)化仍存在一定差距。縱觀 2010-2015 年，燃料電 池的出貨量：50%~60%集中在固定式領(lǐng)域，20%~30%用于便攜式領(lǐng)域。但在 2015 年燃料電池在 交通運輸領(lǐng)域的出貨量幾乎翻倍。而從容量看，大功率燃料電池在交通運輸領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了快速上升， 前景值得期待。

各應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)貨量（千件）

各應(yīng)用領(lǐng)域容量（MW）

　　根據(jù)預(yù)測，至 2025 年，全球燃料電池市場有望達(dá)到 5.2 萬億日元（合約人民幣 3400 億元）。 通過分析， 2015 年之前，燃料電池應(yīng)用以產(chǎn)業(yè)和商業(yè)用途及家庭用途領(lǐng)域為主， 但因燃料電池汽車商業(yè)化不斷落地的催化，下游市場已出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性變化。2011 年燃料電池汽車市 場僅為 3 億日元，未來隨著技術(shù)升級、加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的完善、政策支持力度加大，預(yù)計到 2025 年全球燃料電池汽車市場有望擴(kuò)大到 2.91 萬億日元（合約人民幣 1900 億元），占整體市場一半以 上，增長潛力巨大。

主要燃料電池的出貨量（MW）