導語：被譽為“清潔能源之首”的氫燃料電池，從“國外的月亮比較圓”，到醞釀開啟下一個“十城千輛”計劃，一片欣欣向榮背后實則暗潮洶涌。在產業鏈殘缺不齊，關鍵材料處處掣肘的背景下，中國氫燃料電池能否上演鋰電池走過的逆襲之路？

當鋰電池作為車載儲能電池逐漸發展成為中國的主流動力電池路線時，其它技術路線也在開啟商業化探索，氫燃料電池無疑是其中呼聲最高的一種。

前不久，蘇州擎動科技有限公司（簡稱“擎動科技”）舉行了國內首套“卷對卷直接涂布法”膜電極生產線投產儀式，有媒體宣稱這是中國燃料電池在上游核心制備技術突破國外壁壘的開端。

“這意味著燃料電池汽車的國產化清除了一個重要障礙。”擎動科技創始人兼CEO朱威博士在接受媒體采訪時表示，使用“卷對卷直接涂布法”實現膜電極量產后，預計可直接降低國產燃料電池在膜電極上一半的生產成本。

據了解，該條產線全面達產后可年產膜電極100萬片，可滿足3000多輛燃料電池汽車的需求，預計產值可達3億元以上。

然而，擎動科技在膜電極制備技術上的突破，短時間內還難以改變國產燃料電池總體成本居高不下的現實。相對于生產成本而言，占比超過90%以上的材料成本才是中國燃料電池產業卡脖子的關鍵環節。

殘缺的產業鏈條

當前，國內氫能界不得不面對的一個尷尬局面是，國外的燃料電池車已實現量產，但國內的車用燃料電池還處在技術驗證階段。

就中國燃料電池技術本身而言，電堆、關鍵材料、關鍵零部件以及動力系統集成等關鍵技術，都亟待取得突破，實現國產化和量產化。

“質子交換膜和低鉑催化劑是燃料電池組件中最具挑戰性的核心部分。”廣東省燃料電池技術重點實驗室主任廖世軍告訴新材料在線?，材料在整個燃料電池中的成本占比超過90%，因此只有大幅度降低關鍵材料的成本，方可讓燃料電池具備大規模應用的可能。

一般來說，單節燃料電池的電壓偏低、電流偏大，在實際應用中需要由多節燃料電池串聯形成電堆，以提升輸出電壓。

氫燃料電池的動力來源是氫氣和氧氣，兩者會在燃料電池中開始它們的“奇幻”旅程：氫在陽極催化作用下氧化，生成質子和電子；電子經外電路做功，到達陰極；而質子通過質子交換膜從電池內部傳輸到陰極，質子與電子在陰極匯合并在催化作用下氧反應生成水。

看起來似乎只是初中化學知識。但實際上，燃料電池的運作，卻是一個系統性的工程。

我國的車用燃料電池的現狀是——零部件和原材料生產商尚未成長起來，極少量商業運行的燃料電池車（都是商用車）維持著表面上的存在感。

“與日本和西方國家相比，中國的燃料電池產業基礎相當薄弱，還沒有形成完整的體系。”中科院大連化物所燃料電池研究部部長邵志剛表示，2014年年底，日本豐田公司宣布實現燃料電池車的商業化；而在國內，一切尚處于起步階段。

特別是在氣體擴散層量產技術方面，我國還是空白。“這是因為氣體擴散層的石墨化工序需要經過2000℃以上的高溫才能制備，但關鍵設備高溫爐技術還掌握在國外手中。”邵志剛解釋。

除此之外，氫氣壓縮機壽命短，技術被國外企業壟斷；高壓儲氫罐價格昂貴，閥體等關鍵部件依賴進口；加氫站的建設后期維護成本居高不下，直接導致氫氣終端使用成本難以達到市場預期。

這些核心環節沒有打通，加上缺乏批量化的生產線，沒有形成完整的產業鏈，氫燃料電池的商業化的進程依然困難重重。

材料成掣肘的關鍵

萬丈高樓，起于壘土。關鍵材料的缺位就猶如是搭建積木的底座，中國的燃料電池這塊搭建中的積木，在關鍵材料缺位的局面下，產業風險可想而知。

膜電極組件是氫燃料電池最為核心的組成部分，由質子交換膜、催化層和氣體擴散層三者構成的膜電極組件相當于燃料電池的心臟。

質子交換膜的主要功能是傳輸質子，分隔反應氣體以及電子絕緣。它負責“把門”，把質子放過去，把電子攔下來；催化層主要搭載的是催化劑，催化劑可以促進氫、氧在電極上的氧化還原過程并產生電流；氣體擴散層則由基底層和微孔層組成，它要求具有高導電性、導熱性和疏水性。

質子交換膜、催化層和氣體擴散層這三大核心材料，決定著氫燃料電池的壽命和性能，在很大程度上，也是支撐著整座“大廈”的地基。

然而，現實的情況是，構成膜電極組件的三大核心材料都尚未實現國產化量產，核心技術都掌握在國外企業手中。

“燃料電池的膜電極技術在加拿大巴拉德手里。”一位熟悉燃料電池行業的投資人士告訴新材料在線?，這家做燃料電池幾十年的公司最近因為中國企業的需求受益明顯，股價漲幅驚人。而它的子公司美國AvCarb公司還掌握核心的氣體擴散層技術。

另一方面，質子交換膜燃料電池最核心的技術材料-------全氟磺酸樹脂，幾乎完全依賴進口。能夠批量商業化的全氟磺酸樹脂基本被美國杜邦、德國索爾維（SOLVAY）和日本的旭化成等少數幾家公司所壟斷，而且旭化成除了本土公司，并未對外銷售該產品。

除了質子交換膜，這種差距還體現在催化劑的制備上。鉑(Pt)作為當前主流的燃料電池催化劑，屬于貴金屬和稀有金屬，只有實現技術突破將鉑的使用量降下來，才能大大降低制造成本。

事實上，實驗室制備水平一般為毫克級，量產技術需公斤級水平。批量生產要突破三項關鍵技術：一是反應條件的均一，確保批次穩定性；二是鉑顆粒納米尺寸控制，確保催化活性比表面積；三是提升碳載體的穩定性，達到車用工況下的使用壽命。對于國內相關企業來說，要達到商用標準還有很長的路要走。

“一輛乘用車要用幾十克甚至100多克，價值不菲不說，關鍵是，經營稀有金屬的日本田中貴金屬工業供應的鉑擁有全球6成的份額，而且田中貴金屬正在提升燃料電池催化劑的產能，可將目前的生產能力提高7倍。”上述投資人士表示，國內在燃料電池催化劑方面也毫無優勢可言。

從整體情況來看，當前國內的現狀是，造氫燃料電池汽車容易，造氫燃料電池、造儲存運輸氫氣的配套裝置難。甚至國內連防氫脆的不銹鋼都得從日本進口，氫燃料產業鏈卡脖子的程度可想而知。

“巧婦難為無米之炊。我們的關鍵材料長期依賴國外，一旦國外禁售，我國的燃料電池產業便沒有了材料基礎支撐。”在清華大學氫燃料電池實驗室主任王誠看來，關鍵材料缺位就阻礙了國內氫燃料電池產業形成完整的產業鏈條。

不過，稍微令人欣慰的是，我國的民營公司在正在嘗試做出一些新的突破。根據相關報道，東岳集團在質子交換膜的核心材料——全氟磺酸樹脂上已經開始小批量試產，測試壽命超過6000小時，并獲得AFCC的技術達標獎。這款產品若能成功量產，或將終結國際材料巨頭壟斷燃料電池質子交換膜領域市場的局面。

商業化推廣應補齊產業鏈短板

實驗室技術難以走向市場的關鍵在于中國燃料電池的商業化進程太過遲緩，與正處于日中天的鋰電池相比更是難以望其項背。

根據中汽協數據，2018年我國燃料電池車總銷量達1527輛，均為商用車，而新能源汽車總銷量達125.6萬輛，即燃料電池車的新能源汽車占比僅0.12%。而相對于我國2018年商用車總銷量437.1萬輛來說，燃料電池商用車0.03%的滲透率就如同是九牛一毛。

無論是增速還是市場規模，氫燃料電池車都被采用鋰電池的純電動汽車遠遠甩在身后。從某種程度來看，基礎設施建設的滯后和過高的成本都阻礙了燃料電池的市場推廣進度。

截止2018年，國內共建有加氫站只有17座，正式運營的只有12座，其中日加氫能力達到2000KG/天的共有兩座，分別為江蘇如皋的百應加氫站以及武漢氫能加氫站，均為國內日加氫能力最強的站點，且現兩座加氫站均已經實現投產。

然而，市場的冷淡并未澆熄政府的扶持的決心。根據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書（2016）》規劃，到2020年，我國加氫站數量將達到100座，燃料電池車輛達到1萬輛；到2030年，氫能產業產值將突破10000億元，加氫站數量達到1000座，燃料電池車輛保有量達到200萬輛。屆時，中國有望成為全球最大的燃料電池汽車市場。

據中證網消息，今年兩會開幕前，有權威人士透露，氫燃料電池汽車有望在2019年正式實施“十城千輛”推廣計劃。該方案與十年前電動汽車的推廣思路如出一轍。

與此同時，地方政府也快馬加鞭的推進燃料電池的產業化，各個地方政府特別是在之前新能源汽車沒有特別大的產業投入的，在燃料電池這塊也是出奇制勝，針對各自的基礎制定了相關的規劃來實現相關國家規劃落地工作，引進和制定工作計劃，主要包含北京、上海、武漢和佛山等主要地區。

“一個容易被忽視的環節在于，政府的產業導向有時候會與產業的發展軌跡南轅北轍。”一位燃料電池上游領域的負責人告訴新材料在線?，政府希望在能源結構上應盡快明晰氫能源的地位，但扶持的方向還主要集中在整車終端上。

根據2018年的補貼標準，燃料電池車按照額定功率與驅動電機的額定功率比值確定補貼系數，乘用車、輕型客車和貨車、大中型客車和中重型貨車分別單車補貼上限為20萬/輛、30萬/輛、50萬/輛，補貼在2020年前不會退坡。

上游材料顯然并不在補貼考慮的范圍之內。

蛋生雞還是雞生蛋？這似乎是一個難以扯清的話題，但擺在中國燃料電池產業眼前的問題是，基礎不牢固，產業的發展就難以為續，實現這一切的前提必須是補齊短板

毫無疑問，核心技術，特別是基礎性的核心材料技術是橫跨在政府和企業面前的一條極難逾越的鴻溝。要打破發達國家的長期技術壟斷，就得加大對燃料電池核心材料產業化的投入。

“國內零部件、氫基礎設施以及標準規范還不健全，需要強鏈、補鏈，帶動新材料、新能源、汽車高端裝備制造成長，才能促進燃料電池商業化提速。”清華大學汽車研究所所長、博士生導師陳全世教授強調。

在陳全世看來，就現階段的氫燃料電池產業，政府和車企應該聯合大學等研究機構，把膜、催化劑、極板等基礎性問題先解決了，如果跨過這個階段去強推燃料電池車，就是為他人做嫁衣裳。