燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝臵。 燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等， 像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。但是，它需要電極和電解質 以及氧化還原反應才能發電。目前最常用的燃料為氫氣和天然氣等碳氫化合物，但由于碳氫 化合物在使用過程中會產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 于其電能轉換不經過燃燒這一過程，能量轉化效率可以達到 60%左右，同時燃料電池的功率 范圍為 1W～100MW，可以廣泛應用于交通運輸、便攜式設備、發電站和航空航天等領域。全球燃料電池市場銷售額快速增長，近五年 CAGR 達 35%以上，日本與美國爆發性增長是其主要推動力。燃料電池因其穩定性和無污染的特質， 應用于多個領域。中國燃料電池發展前景廣闊，補貼力度大，是“十三五”重點扶持產業， 產業化趨勢已成。

燃料電池原理

質子交換膜燃料電池–技術原理圖

　　與傳統的石化燃料相比，燃料電池具有零排放、無振動 噪聲等優點，對于緩解交通運輸的能源壓力、降低尾氣排放等都具有重要的作用；與煤炭火 力發電相比，燃料電池具有負荷響應性好、高可靠度等優點，對于提高發電效率、減小環境 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系統，其活性物質貯存在電 池內部，工作時無需加入燃料也無排出廢物，與環境只有能量交換而沒有物質交換。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容量。燃料電池為敞開式 的電化學系統，其本身只是能量轉換元件，正、負極中不包含活性物質。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，與環境既有能量的交換，又有物質 的交換。燃料電池的電堆只是電化學反應場所，原則上只要不斷輸入反應物，不斷排除反應 產物，燃料電池就能連續地發電，因此系統的能量密度主要取決于儲氫系統的儲存量，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 三種類型電池占據了歷年總出貨量的 90%以上， 其中受交通運輸領域需求拉動，PEMFC 在 2015 年出貨量出現了跨越式增長，同比增長高 達 147.04%。

主要燃料電池的出貨量（MW）

　　目前每年10 億立方米的工業廢氫為 PEMFC 的早 期應用提供充足燃料來源。風電制氫經濟性分析：按照風電制氫成本 5kWh/m3 計算，2015 年全國棄風 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。

各應用領域發貨量（千件）

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

燃料電池應用分類

　　2015 年，全球燃料電池系統的出貨量為 7 萬多套（較 2009 年增長 366%），但與大規模商業化仍存在一定差距。縱觀 2010-2015 年，燃料電 池的出貨量：50%~60%集中在固定式領域，20%~30%用于便攜式領域。但在 2015 年燃料電池在 交通運輸領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域實現了快速上升， 前景值得期待。

各應用領域發貨量（千件）

各應用領域容量（MW）

　　根據預測，至 2025 年，全球燃料電池市場有望達到 5.2 萬億日元（合約人民幣 3400 億元）。 通過分析， 2015 年之前，燃料電池應用以產業和商業用途及家庭用途領域為主， 但因燃料電池汽車商業化不斷落地的催化，下游市場已出現結構性變化。2011 年燃料電池汽車市 場僅為 3 億日元，未來隨著技術升級、加氫站等基礎設施的完善、政策支持力度加大，預計到 2025 年全球燃料電池汽車市場有望擴大到 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）