燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装臵。 燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等， 像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是，它需要电极和电解质 以及氧化还原反应才能发电。目前最常用的燃料为氢气和天然气等碳氢化合物，但由于碳氢 化合物在使用过程中会产生二氧化碳等温室气体，因此氢气成为燃料电池的最理想能源。由 于其电能转换不经过燃烧这一过程，能量转化效率可以达到 60%左右，同时燃料电池的功率 范围为 1W～100MW，可以广泛应用于交通运输、便携式设备、发电站和航空航天等领域。全球燃料电池市场销售额快速增长，近五年 CAGR 达 35%以上，日本与美国爆发性增长是其主要推动力。燃料电池因其稳定性和无污染的特质， 应用于多个领域。中国燃料电池发展前景广阔，补贴力度大，是“十三五”重点扶持产业， 产业化趋势已成。

燃料电池原理

质子交换膜燃料电池–技术原理图

　　与传统的石化燃料相比，燃料电池具有零排放、无振动 噪声等优点，对于缓解交通运输的能源压力、降低尾气排放等都具有重要的作用；与煤炭火 力发电相比，燃料电池具有负荷响应性好、高可靠度等优点，对于提高发电效率、减小环境 压力等也有显著的效果。与锂电池相比，锂电池是封闭的电化学系统，其活性物质贮存在电 池内部，工作时无需加入燃料也无排出废物，与环境只有能量交换而没有物质交换。但也正 因为如此，锂电池的能量密度不可能很高，因此也限制了电池的总容量。燃料电池为敞开式 的电化学系统，其本身只是能量转换元件，正、负极中不包含活性物质。电池工作时，燃料 和氧化剂由外部供给，需要加入储氢燃料且需要排出水，与环境既有能量的交换，又有物质 的交换。燃料电池的电堆只是电化学反应场所，原则上只要不断输入反应物，不断排除反应 产物，燃料电池就能连续地发电，因此系统的能量密度主要取决于储氢系统的储存量，它在 能量密度上提高的潜力也更大。

不同电池的性能比较

主要燃料电池的类型与特征

　　2010-2015 年，PEMFC、SOFC、MCFC 三种类型电池占据了历年总出货量的 90%以上， 其中受交通运输领域需求拉动，PEMFC 在 2015 年出货量出现了跨越式增长，同比增长高 达 147.04%。

主要燃料电池的出货量（MW）

　　目前每年10 亿立方米的工业废氢为 PEMFC 的早 期应用提供充足燃料来源。风电制氢经济性分析：按照风电制氢成本 5kWh/m3 计算，2015 年全国弃风 339 亿 kWh，可以提供约 67.8 亿立方米（约合 60.3 万吨）氢气；按轿车 1 年 2 万公里里程、每公里耗氢量 10-15g 计算（200~300kg/辆/年），可供 200~300 万辆燃料电池 轿车使用；按照客车 1 年 5 万公里里程、每公里耗氢量 80-100g 计算（4~5 吨/辆/年），可供 12~15 万辆燃料电池客车使用。

各应用领域发货量（千件）

　　燃料电池的优越性能和大功率范围决定其广泛的下游应用 领域。从功率角度来看，高功率产品可用于城市大型发电站及医院、商店等的发电装臵，中等功 率产品可用于乘用车、客车等交通工具的动力电源，小功率产品则可用于无人机、自行车及便携 式设备的电源。总之，下游应用主要包括便携应用、固定应用、交通运输三个领域。

燃料电池应用分类

　　2015 年，全球燃料电池系统的出货量为 7 万多套（较 2009 年增长 366%），但与大规模商业化仍存在一定差距。纵观 2010-2015 年，燃料电 池的出货量：50%~60%集中在固定式领域，20%~30%用于便携式领域。但在 2015 年燃料电池在 交通运输领域的出货量几乎翻倍。而从容量看，大功率燃料电池在交通运输领域实现了快速上升， 前景值得期待。

各应用领域发货量（千件）

各应用领域容量（MW）

　　根据预测，至 2025 年，全球燃料电池市场有望达到 5.2 万亿日元（合约人民币 3400 亿元）。 通过分析， 2015 年之前，燃料电池应用以产业和商业用途及家庭用途领域为主， 但因燃料电池汽车商业化不断落地的催化，下游市场已出现结构性变化。2011 年燃料电池汽车市 场仅为 3 亿日元，未来随着技术升级、加氢站等基础设施的完善、政策支持力度加大，预计到 2025 年全球燃料电池汽车市场有望扩大到 2.91 万亿日元（合约人民币 1900 亿元），占整体市场一半以 上，增长潜力巨大。

主要燃料电池的出货量（MW）