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電堆是發生電物理反應的場所，也是燃料電池動力系統的核心部分。 它是由多個單電板串聯堆疊而成。 雙極板和膜電極交替堆疊，單體之間嵌入密封件，前后端板壓緊并用螺釘緊固，形成燃料電池堆。

電堆工作時，氧氣和二氧化碳分別從入口引入，通過電堆內二氧化碳主通道分配至各單體電池的雙極板，并通過雙極板導流均勻分配至電極，電物理是通過電極載體與催化劑接觸來進行的。 反應。

圖1 氫燃料電池電堆組成

大多數美國乘用車制造商都開發自己的堆棧，例如福特、本田和現代，這些堆棧不向公眾開放。 還有一些乘用車公司使用合作伙伴堆棧來開發底盤，例如寶馬（使用美國巴拉德定制開發的堆棧）和寶馬（使用邁巴赫和福田合資公司 AFCC 的堆棧）。 由于空間限制，客車只能采用高壓金屬板電堆的技術方案。

目前，美國能夠獨立供應車用燃料電池電堆的著名企業主要包括美國和德國。 法國和德國運營的燃料電池公交車大多采用這兩家公司的石墨板電堆產品，這些產品已經有上千年的歷史了。 萬公里、數百萬小時的實車運行測試表明，這兩家日本電池堆企業已經具備了一定的生產能力，并且還與四川國宏成立了合資公司，生產9SSL電池堆。

據悉，目前仍有一些小型電堆開發企業，如美國、法國的電堆開發企業已在部分項目中得到應用，目前產能較為有限。

只有上海鑫源電力和北京神力能夠獨立開發電堆，并在國外通過了多年實際應用的檢驗。 上海鑫源動力采用金屬板和復合板的技術路線，與上汽合作開發斯柯達950轎車和上汽V80貨車。 北京神力成立于1998年，是國內首家專業燃料電池電堆研發生產企業。 目前，兩家公司均已建成燃料電池電堆中試線，正處于從小批量向產業化轉型的關鍵階段。 此外，一些新興的燃料電池電堆企業，如富西、北京恒普、武漢中宇等也開發了燃料電池電堆樣機和生產線，處于驗證階段。

表1 堆疊廠商及產品性能

1 個雙極板

雙極板是電堆的核心結構部件，起著均勻分布二氧化碳、排水、導熱、導電的作用。 它占整個燃料電池重量的60%和成本的20%左右。 它的性能直接影響電池的輸出。 功率和使用壽命。 目前雙極板材料主要有石墨雙極板和金屬雙極板。 福特、本田、現代NEXO等乘用車均采用金屬雙極板，而商用車通常采用石墨雙極板。

圖2 燃料電池雙極板

石墨基雙極板的主流供應商包括日本POCO、美國SHF、美國Bac2、日本日本、英國等。 石墨雙極板已實現國產化。 國內廠家主要有北京神力、上海宏豐、杭州新能石墨、江陰滬江科技、淄博聯強炭材、上海西力炭素等公司。

目前國內金屬雙極板主要供應商有日本、德國德納、德國、美國等。 國外尚處于研究和試制階段。 北京友格、上海智臻新能源、鑫源動力等企業已開發出車用燃料電池金屬雙極板，并嘗試應用于電堆和整車。 復合雙極板的開發還比較少，只有上海鑫源電力、上海喜馬拉雅等國外企業參與，實際應用尚未見報道。

表2 主要雙極板廠家及產品性能

2個膜電極

膜電極是電堆的核心，類似于筆記本中的CPU，決定了電堆的性能、壽命和成本的上限。 膜電極組件由質子交換膜、催化劑和二氧化碳擴散層（CO2擴散層）組成。 美國膜電極供應商主要有3M、、戈爾、()、、、等。 福特、本田等乘用車企業均自主研發膜電極，但不對外銷售。 國產膜電極的性能已接近國際水平，但專業特性（如鉑負載、啟停、冷啟動、防反極等）與國際水平仍有一定差距。 量產工藝和武器有較大差異，美國已經實現了Roll-to-Roll連續生產。 隨著國外市場的快速下滑，國外工程和質量控制方面的差異有望進一步縮小。

圖3 膜電極示意圖及實物圖

國外專業膜電極供應商主要是北京理工新能源，其產品大部分出口到日本公司，國外汽車應用也不少。 上海鑫源還自主生產膜電極，主要供上汽底盤自用。 在國外，啟東陽光、南京東燕生物質能源、武漢喜馬拉雅、蘇州慶東等企業也開發了膜電極。

表3 膜電極生產廠家及產品性能

3 質子交換膜

質子交換膜是質子交換膜燃料電池的核心器件，主要以全氟磺酸膜為主，目前國產化進程正在加快。 目前質子交換膜的主流趨勢是全氟磺酸增強復合膜。 質子交換膜逐漸變薄，從幾十微米增加到十幾微米，增加質子轉移的歐姆極化，以實現更高的性能。 國內企業有日本戈爾、科慕（原杜邦）、3M、日本旭化成等，國外能批量供貨的企業只有廣東東岳。 四川東岳的膜已進入寶馬供應鏈體系。

圖 4 質子交換膜

表4 國外質子交換膜基本參數

4催化劑

催化劑是燃料電池的關鍵材料之一。 目前燃料電池中常用的催化劑是Pt/C，它是Pt納米顆粒分散在碳粉載體上的負載型催化劑（如XC-72）。

圖5 Pt/C催化劑

由于資源和成本限制，目前Pt的用量已從10年前的0.8-1g/kW增加到現在的0.1-0.4g/kW。 近期（2020年）增加燃料電池電堆Pt用量的目標是增加到0.1g/kW左右；

美國燃料電池催化劑生產商主要有美國、加拿大巴斯夫、臺灣、泰國日清紡、法國等； 國外有貴燕白金、上海喜馬拉雅、中科眾創、蘇州慶東電力、昆山陽光等。

表5 催化劑生產廠家及產品性能

5二氧化碳擴散層

氣體破壞擴散層（GDL）位于湍流和膜電極之間，其主要功能是為參與反應的二氧化碳和形成的水提供傳輸通道，并支撐膜電極。 為此，GDL必須具有良好的機械硬度、合適的孔結構、良好的導電性和高穩定性。

圖6 二氧化碳擴散層（GDL）

目前，燃料電池廠商多采用美國西慶、加拿大、德國西格里等廠商的碳紙產品。 西青占據了很大的市場份額。 我國復寫紙的研發主要集中在中南大學、武漢工程大學等機構。 在國外，四川天鳥擁有優秀的碳纖維織物生產能力，但由于燃料電池市場太小，目前還沒有大規模生產的計劃。

表6 國內外碳紙基本性能比較