浅谈影响燃料电池汽车发展的因素-经管之家官网！

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影响燃料电池汽车发展最大的因素是成本问题，使用贵金属铂作为催化剂；昂贵的质子交换膜及石墨双击板加工成本等，导致PEMFC成本约为汽油、柴油发动机成本（50$/kW）的10~20倍。PEMFC要作为商品进入市场，必须大幅度降低成本，这有赖于燃料电池关键材料价格的降低和性能的进一步提高。除此之外还有贮藏安全、燃料来源与辅助设施建设不足等问题。

占燃料电池系统一半成本的是燃料电池组。现在PEMFC电池组的成本是1000~2000美元/kW，如果未来商业化并与内燃机汽车竞争，燃料电池的成本必须降到50美元/kW。降低PEMFC电池组的成本，必须降低三个关键部件(即电极、电解质膜和双极板)的成本。

燃料电池车成本主要通过燃料电池组、氢燃料罐和配件这三种主要部件降低。其中燃料电池组由电极、电解质膜与双极板构成，如何减少电极上贵金属Pt的使用量一直是工业难题。

图表1：燃料电池车关键成本构成图

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图表2：燃料电池车关键部件成本构成

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图表3：美国燃料电池成本目标

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迄今为止，PEMFC的阴极和阳极有效催化剂仍以铂(Pt)为主，而电极的载铂量过高一直是阻碍PEMFC发展的重要因素。为了降低Pt的使用量，世界各大公司进行了许多研究工作。经过大量的研究工作，近几十年来，膜电极上铂的负载量从10mg/cm2降到了0.02mg/cm2，铂的负载量降低了近200倍。

以丰田为例，丰田未来推出的新一代氢燃料电池系统造价大约为500万日元，这意味着届时丰田氢燃料电池系统的成本将比当前减少了95%左右。丰田工程师HitoshiNomasa解释称，公司将力求降低氢燃料电池的铂金使用量，主要途径是改进铂金材料的镀层技术。当前铂金在世界市场上售价为每盎司(约28克)1,380美元，目前丰田氢燃料SUV车型每辆车使用的铂金为100克，未来将减少到30克左右。今后铂的负载量可能还会有降低，但不会降低太多，而且铂催化剂有一个致命的缺点是它易被CO和其它杂质引起中毒。所以降低电催化剂中铂的用量，寻求廉价催化剂，提高电极催化剂性能是目前电极催化剂研究的主要目标。对于阴极催化剂，研究重点一方面是改进电极结构，提高催化剂的利用率，另一方面是寻求高效廉价的可替代贵金属的催化剂。阳极催化剂则主要是研究具有抗CO中毒能力的催化剂。

图表4：丰田通过将铂金镀到催化剂表面的方式减少铂用量

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质子交换膜是PEMFC的核心部件。作为一种厚度仅为50~180um的极薄膜片，质子交换膜是燃料电池电解质和电极活性物质(催化剂)的基地。其主要功能是在一定的温度和湿度条件下，具有选择透过性，即只容许H离子(质子)透过，而不容许H2分子及其它离子透过。同时具有适度的含水率，对燃料电池工作过程中的氧化、还原和水解反应具有稳定性。质子交换膜具有足够高的机械强度和结构强度，以及膜表面适合与催化剂结合等性能。

迄今最常用的质子交换膜（PEMFC）仍然是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜，具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，PEMFC大多采用Nafion质子交换等全氟磺酸膜，国内装配PEMFC所用的PEM主要依靠进口。Nafion膜的价格在600美元每平方米左右，相当于120美元每千瓦（单位电池电压为0.65V）。为尽早实现燃料电池的商业化应用，降低质子交换膜的价格迫在眉睫。

制约目前燃料电池商业化的瓶颈还是成本，而双极板的成本占有相当的比重，采用人造石墨作为质子交换膜燃料电池双极板，其成本甚至达到了燃料电池总成本的60％～70％。双极板的加工，现在采用最广泛的双极板是石墨双极板，采用的加工方法是精密的机械加工，加工费用相当高(每块500cm2双极板加工费大于100美元)，占双极板费用的80%以上，占燃料电池堆成本的40%~60%。而且加工时间比较长，不容易大批量生产。因此需要寻求一种加工方法简单，操作成本低，容易批量生产的双极板加工方法，降低燃料电池成本。

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