燃料電池堆與關鍵材料：國內電堆技術水平存在差距
對比國內外燃料電池電堆，國內電堆在核心材料與關鍵技術方面仍存在短板，也 是造成燃料電池電堆成本居高不下的主要原因，其中膜電極層三大關鍵材料 P/t 催 化 劑、質子交換膜、碳紙主要依賴進口，國產材料尚無法滿足高性能燃料電池電堆使用 需求；集流體雙極板方面，石墨雙極板經過多年開發已以國外技術水平相當，但低成 本、輕薄的金屬雙板開發仍為空白。
1）催化劑（catalyst）
催 化 劑是膜電極的關鍵材料之一，其作用是降低反應的活化能，促進氫、氧在 電極上的氧化還原過程、提高反應速率。目前，燃料電池中常用的商用催 化劑是 Pt/C 催 化劑，由 Pt 的納米顆粒分散到碳粉（如 XC-72）載體上的擔載型催 化劑。
在降低催 化劑成本的方面，目前有兩條路徑，一條是降低鉑的使用量，另一條 則是研發非鉑催 化劑，兩者都已有所進展。鉑使用量的降低現在已有所成效，縱觀 燃料電池發展史，每平方厘米需要的鉑已經從最初的 50mg 降低到了現在的不足 0.2mg。而非鉑催 化劑也在研究中，雖然無鉑催 化劑尚未進入工業應用的階段，但 很可能是未來大幅降低燃料電池成本的關鍵。
在工業化生產方面，日本、英國、比利時等國外供應商的催 化劑制備技術處于 絕對的領先地位，已經能夠實現批量化生產（＞10 公斤/批次），而且性能穩定，可 靠性高。國內目前幾乎沒有產業化催 化劑制造企業，催 化劑產品也比較單一。
2）質子交換膜（Proton Exchange Membrane，PEM）
質子交換膜是一種固態電解質膜，其作用是隔離燃料與氧化劑、傳遞質子（H+）。 目前常用的商業化質子交換膜是全氟磺酸膜，其碳氟主鏈是疏水性的，而側鏈部分的 磺酸端基（-SO3H）是親水性的，膜內會產生微相分離，當膜在潤濕狀態下，親水相 相互聚集構成離子簇網絡，傳導質子。
3）氣體擴散層（Gas Diffusion Layer，GDL）
氣體擴散層位于流場和催化層之間，其作用是支撐催化層、穩定電極結構，具有 質/熱/電的傳導功能。因此 GDL 必須具備良好的機械強度、合適的孔結構、良好的 導電性、高穩定性。通常 GDL 由支撐層和微孔層組成，支撐層材料大多是憎水處理 過的多孔碳紙或碳布，微孔層通常是由導電炭黑和憎水劑構成，作用是降低催化層和 支撐層之間的接觸電阻，使反應氣體和產物水在流場和催化層之間實現均勻再分配， 有利于增強導電性，提高電極性能。
國外大多數制造廠商都已實現氣體擴散層的規模化生產，且都有多款適應不同應 用場景的產品銷售，包括日本東麗、德國 SGL 和加拿大 AVCarb 等。國內氣體擴散 層還處于初級碳微孔層的制備階段，性能均一性和穩定性尚未得到實際驗證。
4）雙極板（Bipolar Plate，BP）
雙極板是燃料電池的陰極板和陽極板，其作用是傳導電子、分配反應氣并帶走生 成水。功能上，雙極板材料應是電與熱的良導體、具有一 定的強度以及氣體致密性 等；穩定性方面要求雙極板在燃料電池酸性（pH=2~3）、電位（E=1.1V）、濕熱（氣 水兩相流，約 80℃）環境下具有耐腐蝕性且對燃料電池其他部件不材料的相容無污 染性；商業化方面要求雙極板材料要易于加工、成本低。燃料電池常采用的雙極板材 料包括石墨碳板、復合雙極板、金屬雙極板三大類，由于車輛空間限制（尤其是乘用 車），要求燃料電池具有較高的功率密度。因此相對較薄的金屬雙極板有更好的應用 前景。
國內石墨雙極板技術近年來發展迅速，技術水平與國外相當，但厚度通常在 2mm 以上。復合膜壓碳板在國外已突破 0.8mm 薄板技術，具備與金屬板同樣的體積功率 密度。目前國內薄碳板開發方面，國鴻有來自于加拿大巴拉德公司的授權技術。純國 產復合膜壓碳板處于研制開發階段，預計 2021 年 1mm 薄板開始批量生產。
在金屬雙極板基材方面，目前是以不銹鋼和鈦合金板為主。不銹鋼基材開發鋼鐵 企業為代表，而國內金屬極板專用基材的發開方面仍為空白。
燃料電池系統：基本性能滿足商業化需求，降本是重點
對比《節能與新能源汽車技術路線圖（2016 年）》提出的技術目標，截止到今年， 我國乘用車、商用車用燃料電池系統的性能研發，系統性能已滿足使用需求，但成本 在現有規模下距離目標要求依然還有很大差距，成本仍然是制約燃料電池汽車大規模 商業化的主要因素。
規模效應下，燃料電池系統成本有望下降至 40 美元/kW
美國能源部（DOE）對燃料電池汽車的成本進行了預估，規模效應將對燃料電 池及燃料電池汽車的成本形成重要影響。隨著生產規模的擴大化，燃料電池系統的成 本將大幅下降。基于 2020 年的技術水平，在年產 50 萬套 80kW 電堆的規模下，質 子交換膜燃料電池系統成本可降低到 40 美元/kW，即 80kW 燃料電池汽車的電池系 統總價約 3200 美元（約 2 萬人民幣）。
未來燃料電池車成本有望比動力電池汽車更低
燃料電池成本下降速率將明顯高于鋰離子電池：鋰離子電池產業成本下降速率 已趨于穩定，而燃料電池產業仍處在發展初期，成本具有巨大下降潛力；燃料電池 電堆中除鉑催 化劑外，其他材料包括石墨、聚合物膜、鋼等，幾乎不存在類似于鋰、 鈷、鎳等稀缺材料對鋰電池成本的剛性限制。同時，單位功率鉑用量大幅下降，豐田 Mirai 燃料電池鉑含量僅約 0.2g/kW，未來有望降低至 0.1g/kW 以下，且鉑可以回收 利用，可以有效降低電堆成本。
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