電堆是燃料電池最關(guān)鍵部件，由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成。將雙極板與膜電極交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成燃料電池電堆。電堆工作時，氫氣和氧氣分別由進口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。組成電堆的單體電池主要由雙極板和膜電極組成。膜電極包含了質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層。

863計劃推動燃料電池電堆體系建立。我國早在2001年就通過國家科技部863電動汽車重大專項設(shè)立課題，以在燃料電池、燃料電池發(fā)動機以及整車系統(tǒng)方面形成一套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。經(jīng)過863計劃，我國初步掌握了燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆的部分關(guān)鍵技術(shù)，基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的車用燃料電池技術(shù)平臺。

國家“新能源汽車”重點專項實現(xiàn)電堆技術(shù)難題突破。2016年，國家重點研發(fā)計劃“ 新能源汽車”重點專項“燃料電池基礎(chǔ)材料與過程機理研究”項目在大連啟動。2018年，中國科學院大連化學物理研究所在經(jīng)過壽命測試和整車應用驗證后，研發(fā)的HYMOD-300 型車用燃料電池模塊成為中國首例自主研發(fā)，耐久性超越 5000 小時的燃料電池產(chǎn)品。此次研發(fā)的 HYMOD-300 型燃料電池電堆模塊突破了多項技術(shù)難關(guān)，產(chǎn)品實現(xiàn)了電堆在-10℃環(huán)境下的低溫啟動，以及在-40℃下的儲存。

新源動力涵蓋了燃料電池質(zhì)子交換膜等各個環(huán)節(jié)，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。新源動力在國內(nèi)率先實現(xiàn)了燃料電池實驗室科研成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，燃料電池中試基地，生產(chǎn)、測試裝備齊全，已實現(xiàn)燃料電池關(guān)鍵材料及關(guān)鍵部件、電堆組裝的小批量生產(chǎn)。新源動力江蘇子公司將建成可年產(chǎn)5500KW燃料電池堆用關(guān)鍵部件的批量生產(chǎn)線，成為我國第一個燃料電池材料及部件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。上海子公司將成為新源動力的系統(tǒng)集成、總成生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù)中心。第十五屆東京燃料電池展覽會上，中國燃料電池廠商新源動力全球首次發(fā)布最新一代燃料電池電堆模塊HYMOD?-70。新產(chǎn)品系新源動力研發(fā)的第三代金屬雙極板質(zhì)子交換膜燃料電池，單堆功率85kW，電堆體積功率密度突破3.3kW/L，具備良好的低溫適應性，可在-30 ℃啟動/-40℃存儲，適用于乘用車和商用車，已獲多家主機廠小批量訂單。

上海神力科技有限公司是國家科技部重點培育、上海市政府重點支持的民營新能源高科技企業(yè)。公司承擔并完成國家“九·五”重點攻關(guān)計劃、“十·五”863及“十一·五”863重大攻關(guān)計劃燃料電池發(fā)動機課題，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池技術(shù)。公司自主開發(fā)的C290－30燃料電池模塊通過國家強制檢測認證，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

廣東國鴻氫能科技有限公司是在廣東省委、省政府大力支持下和佛山、云浮兩市政府直接領(lǐng)導下，于2015年6月成立的一家以氫燃料電池為核心產(chǎn)品的高科技企業(yè)，是國內(nèi)最早介入燃料電池新能源汽車開發(fā)的企業(yè)。2017年6月30日廣東國鴻氫能科技有限公司在廣東云浮市建成投產(chǎn)了全球最大的商用燃料電池 9SSL 電堆生產(chǎn)線，并成功調(diào)試出全球首條燃料電池電堆全自動生產(chǎn)線。2017年全年生產(chǎn)了 9SSL電堆 2000 多個，每個電堆功率15KW，采用石墨柔性雙極板。截至目前，公司已成為國內(nèi)燃料電池領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。公司主要產(chǎn)品9SSL燃料電池電堆和HD85、MD30、MP30車用燃料電池模塊，市場主要集中在國內(nèi)，目前公司的海外市場正在規(guī)劃當中。

公司與加拿大巴拉德動力有限公司以及上海重塑能源科技有限公司合作成立合資控股公司，建成投產(chǎn)全球最大規(guī)模的商用燃料電池電堆生產(chǎn)線和燃料電池動力系統(tǒng)集成生產(chǎn)線，年產(chǎn)電堆可達2萬臺，動力系統(tǒng)5000套。公司在引進、消化和吸收加拿大巴拉德公司的電堆生產(chǎn)線技術(shù)和電堆組裝技術(shù)后，對產(chǎn)品進行了二次創(chuàng)新，首先是在保證電堆品質(zhì)的條件下將電堆零部件逐步替換為國產(chǎn)零部件，其次是在掌握引進技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代燃料電池電堆，同時公司正在研發(fā)高比功率的燃料電池電堆。目前公司已申請專利43項，擁有授權(quán)專利9項。

金屬雙極板功率高、成本低、耐抗壓，但抗腐蝕性差，成型工藝困難。金屬雙極板具有優(yōu)異的導電、導熱性能、機械加工性、致密性，以及強度高、阻氣性好等優(yōu)勢，可以為汽車應用提供良好的動力密度、低溫(－40℃)啟動保障，適合大批量低成本生產(chǎn)?？紤]到車輛空間限制問題，金屬雙極板未來有望在乘用車實現(xiàn)大規(guī)模應用。

石墨雙極板國內(nèi)具備量產(chǎn)能力，金屬雙極板國內(nèi)尚處于試制階段。石墨基雙極板的主流供應商有美國POCO、美國SHF等。石墨雙極板已實現(xiàn)國產(chǎn)化，國產(chǎn)廠商主要有上海神力、上海弘楓等公司。上海弘楓產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)出口海外。目前國外金屬雙極板主要供應商有瑞典Cellimpact、德國Dana、德國Grabener、美國treadstone等。國內(nèi)還處于研發(fā)試制階段，上海佑戈、上海治臻新能源、新源動力等企業(yè)研制出車用燃料電池金屬雙極板，并嘗試在電堆和整車中實際應用。上海治臻新能源裝備有限公司依托于上海交通大學的技術(shù)力量，已經(jīng)攻克了雙極板成型、焊接、涂層三道技術(shù)難關(guān)，可以實現(xiàn)雙極板國產(chǎn)化、批量化生產(chǎn)，設(shè)計年產(chǎn)量可達50萬副，至少可供1500輛以上FCV使用。

迄今最常用的質(zhì)子交換膜(PEMFC)仍然是美國杜邦公司的Nafion&reg膜，具有質(zhì)子電導率高和化學穩(wěn)定性好的優(yōu)點，目前PEMFC大多采用Nafion&reg等全氟磺酸膜。

催化劑海外企業(yè)領(lǐng)先，國內(nèi)正起步。海外企業(yè)處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)。其中英國 JohnsonMatthey和日本田中（本田燃料電池車Clarity 催化劑供應商）是全球鉑催化劑的巨頭。國內(nèi)企業(yè)尚處于研究階段。（1）貴研鉑業(yè)；主營汽車尾氣鉑催化劑，和上汽共同研發(fā)燃料電池催化劑；（2）研究機構(gòu)，大連化物所、新源動力等，中國科學院大連化學物理研究所制備的 Pd@Pt/C 核殼催化劑，其氧還原活性與穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異。雖然中國新型催化劑，其中一部分在性能和穩(wěn)定性上已經(jīng)超過商業(yè)催化劑，但尚未實現(xiàn)量產(chǎn)制備。

催化劑發(fā)展趨勢為低鉑和新型替代。目前Pt用量已從10年前0.8~1.0g/kw降至現(xiàn)在國內(nèi)的0.1~0.3g/kw，未來有希望進一步降低，目標2020年燃料電池電堆的Pt用量降至0.1 g/kw左右。Pt催化劑除了受成本與資源制約外，也存在穩(wěn)定性問題，通過燃料電池衰減機理分析可知，燃料電池在車輛運行工況下，催化劑會發(fā)生衰減，如在動電位作用下會發(fā)生Pt納米顆粒的團聚、遷移、流失，在開路、怠速及啟停過程產(chǎn)生氫空界面引起的高電位導致催化劑碳載體的腐蝕，從而引起催化劑流失。因此，針對目前商用催化劑存在的成本與耐久性問題。研究新型高穩(wěn)定、高活性的低Pt或非Pt催化劑是未來發(fā)展方向。

國內(nèi)氣體擴散層領(lǐng)域國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化有待進步。主要原因是氣體擴散層的石墨化工序需要2000℃以上的高溫，但高溫爐技術(shù)尚未掌握。目前燃料電池生產(chǎn)商多采用日本東麗、加拿大Ballard、德國SGL等廠商的碳紙產(chǎn)品。東麗占據(jù)較大的市場份額，我國對碳紙的研發(fā)主要集中于中南大學、武漢理工大學等高校，國內(nèi)江蘇天鳥具備優(yōu)秀的碳纖維織物的生產(chǎn)能力，但由于燃料電池市場太小，尚無量產(chǎn)計劃。

從現(xiàn)有的技術(shù)與市場出發(fā)，未來燃料電池成本的降低可以從兩個方面入手：一是技術(shù)進步和制造工藝提升；二是規(guī)?；档蛿備N成本。原材料價格昂貴或工藝不完善的部件，例如催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板等可以通過優(yōu)化制造材料改進制備工藝的方式降低成本，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)較完善的部件可通過規(guī)?；a(chǎn)的效應有效建立成本優(yōu)勢。

降低鉑含量主要是降本需求，新型催化劑有助于改善中毒情況。從實際車型中降本來看，當前豐田在其Mirai車型中鉑含量為20g/輛，比上一代Mirai降低了90%的用量，整車成本較之2008年豐田FCHV-adv降低了95%。鉑催化劑在燃料電池系統(tǒng)啟停期間也是發(fā)生鉑溶解現(xiàn)象，加速燃料電池衰減。使用非鉑催化劑可以避免復雜的MEA加工過程、催化劑中毒現(xiàn)象，由于鉑催化劑提供反應活性位點促進氫氣和氧氣的電化學反應，一氧化碳和其他雜質(zhì)氣體極易吸附在催化劑表面，降低反應活性面積，從而影響電堆效率和穩(wěn)定性。

膜電極是燃料電池發(fā)生電化學反應產(chǎn)生電能的關(guān)鍵部件，膜電極技術(shù)從最初的熱壓法到CCM法一直到最新的有序化膜電極技術(shù)，其生產(chǎn)成本持續(xù)下降，3M推出的有序化膜電極已經(jīng)把成本降到5美元/kW，預計未來可通過材料優(yōu)化，開發(fā)低成本量產(chǎn)工藝，進一步降低制造成本。

質(zhì)子交換膜方面，目前國內(nèi)雖然已有部分企業(yè)能生產(chǎn)全氟磺酸膜，但市場仍然被進口產(chǎn)品牢牢掌握，目前主流的供應商是最早開發(fā)應用全氟磺酸膜的美國杜邦公司。杜邦膜價格按乘用車用量計算相當于120美元/kW，按上汽榮威950FuelCell搭載的30kW燃料電池計算，其質(zhì)子交換膜成本在25000元人民幣以上。依靠國產(chǎn)化技術(shù)探索，開發(fā)新型制備工藝是目前降低質(zhì)子交換膜成本的必由之路。

氣體擴散層是目前燃料電池堆各部件中技術(shù)條件最成熟，商業(yè)化利用潛力最好的產(chǎn)品，未來通過在國內(nèi)建立批量化的生產(chǎn)設(shè)備，開發(fā)標準化平臺化的產(chǎn)品，降低開發(fā)生產(chǎn)成本，可以大幅降低燃料電池中擴散層的制造成本。

燃料電池產(chǎn)業(yè)下游需求有充分保障。全國以富氫優(yōu)勢、棄電較多或者產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先為代表的地區(qū)重視燃料電池發(fā)展，多地市興建氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，氫能小鎮(zhèn)和產(chǎn)業(yè)集群等，推動燃料電池公交、物流車示范運營，截至目前超過20省市明確推動氫燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2019年3月15日，科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心發(fā)布《關(guān)于國家重點研發(fā)計劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點專項2018年度項目安排公示的通知》。據(jù)重點專項公示通知，2018年擬立項的項目共有31個，其中有9項涉及氫能和燃料電池。這說明未來燃料電池的市場空間是開闊的，相應帶動電堆行業(yè)的發(fā)展。

乘用車領(lǐng)域仍處于驗證階段。國內(nèi)在燃料電池乘用車方面，投入研發(fā)的主要企業(yè)是上汽集團，已完成前后四代氫燃料電池轎車的開發(fā)。在國家創(chuàng)新工程支持下，上汽氫燃料電池轎車在動力性、續(xù)駛里程等性能指標方面取得了重大進步，已累計實現(xiàn)81輛示范運行，部分車輛在2014年參加了上汽的“新能源汽車萬里行”全國巡游，歷經(jīng)10000km 的實際路試，通過各種地形、海拔、環(huán)境氣溫的綜合考驗。

物流車已經(jīng)開始逐步向企業(yè)滲透。物流快遞用戶對燃料電池物流車有極大興趣。目前京東、申通等企業(yè)已經(jīng)開始采用燃料電池物流車運輸，該批車輛載重達3.5噸，配載3瓶組車載供氫系統(tǒng)，一次加氫時間5-10 分鐘，續(xù)航里程可達400公里。宜家、郵政、盒馬的物流供應商等多家知名物流企業(yè)也在考慮引進燃料電池車輛，未來燃料電池物流車將有較大發(fā)展空間，物流車的興起將進一步促進電堆行業(yè)的技術(shù)研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化的進程。