電池的基本結(jié)構(gòu)由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液構(gòu)成。

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以鋰離子電池為例。

通常正極材料采用鋰合金金屬氧化物，例如比亞迪主打的磷酸鐵鋰、特斯拉的三元鋰。

負(fù)極材料通常采用石墨。

電解質(zhì)一般是含有鋰鹽的液體，如六氟磷酸鋰。

隔膜則是為了阻止正負(fù)極材料直接接觸（短路）而加進(jìn)來的。

鈉離子電池則是用含鈉材料替代上述的鋰合金以及鋰鹽。

無論未來技術(shù)如何演變，電池技術(shù)發(fā)展的終極方向是更高的能量密度，更好的穩(wěn)定性，與此同時(shí)，更低的價(jià)格。

我們分部看電池技術(shù)的未來演進(jìn)：

正極

市場要求更高的續(xù)航能力，高鎳化成為發(fā)展的主要方向，高鎳三元在三元材料中的占比逐漸提升。

其中，N為Ni(鎳)元素，正極中Ni占比從50%(523)提高至80%(811)

高鎳三元在前驅(qū)體燒結(jié)和材料生產(chǎn)環(huán)境上要求更苛刻，制造工藝更復(fù)雜，僅部分頭部企業(yè)可以大規(guī)模量產(chǎn)，具體體現(xiàn)在：

前驅(qū)體制備難度大；

核心煅燒環(huán)節(jié)要在低于800℃的純氧環(huán)境中多次燒結(jié)；

在粉碎、分級等環(huán)節(jié)的工藝更復(fù)雜；

存在陽離子混排導(dǎo)致首次充放電效率低、熱穩(wěn)定性差、倍率性能低等問題。

負(fù)極

當(dāng)前主流負(fù)極石墨的理論比容量上限為372mAh/g，目前已經(jīng)達(dá)到365mAh/g，接近上限。而硅基負(fù)極質(zhì)量比容量高達(dá)4200Ah/kg，是石墨的近12倍，同時(shí)硅負(fù)極的電化學(xué)嵌鋰電位只有0.4V，可抑制鋰枝晶析出問題。

目前阻礙硅碳負(fù)極大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的問題根源在于硅的體積膨脹效應(yīng)，硅在滿嵌鋰后體積膨脹3.2倍。巨大的體積變化還會導(dǎo)致三大問題：

顆粒粉化失效，不穩(wěn)定性增加；

容量迅速衰減；

增加電池極化，循環(huán)性能惡化。

據(jù)報(bào)道，22年特斯拉的4680電池已經(jīng)開始采用硅負(fù)極。

電解液

鋰鹽是電解液體系的主要成本來源，六氟磷酸鋰(LiPF6)目前應(yīng)用最廣泛，但存在熱穩(wěn)定性較差、易水解等問題。新型鋰鹽雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSI)具有遠(yuǎn)好于六氟磷酸鋰(LiPF6)的物化性能：

更好的熱穩(wěn)定性

與硅負(fù)極相容性更好

更優(yōu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性

因此，新型鋰鹽(LiFSI)可成為改善LiPF6缺陷的最佳替代品，但目前面臨限制：制備困難、成本高昂(其約為LiPF6的5倍)

除了開發(fā)新型鋰鹽外，更重要的是用固態(tài)電解液替代液體電解液。液態(tài)電解質(zhì)的缺點(diǎn)：（1）能量密度存在上限；（2）與電池起火事故有很大關(guān)系。

固態(tài)電解質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)更高安全性、更高能量密度

工作電壓能達(dá)到5V,而電解液只有4V左右，理論上可以提升20%；

固態(tài)電解質(zhì)取代電解液和隔膜，可與金屬鋰負(fù)極結(jié)合提升鋰容量，理論上可以實(shí)現(xiàn)500Wh/kg 的能量密度（對比現(xiàn)在市面上一般為200-300 Wh/kg，最大續(xù)航在500公里/h左右）

21年蔚來發(fā)布一款“半固態(tài)”電池的新款電動車，續(xù)航里程600公里左右，目前仍未落地。

但是，固態(tài)電解質(zhì)從合成到致密化再到集成各環(huán)節(jié)仍處于研發(fā)初期，規(guī)模化量產(chǎn)耗費(fèi)巨大。預(yù)計(jì)技術(shù)和成本雙重制約下, 固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)還需5-10年時(shí)間。

寧德時(shí)代創(chuàng)始人曾毓群在上海交大的座談會上提及，“全固態(tài)做到車?yán)锓浅ｋy， 5 年都不好說?！?/p>

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其他：

鈉離子電池的理論能力密度低（由金屬原子結(jié)構(gòu)決定，Li的能量密度遠(yuǎn)大于Na），產(chǎn)業(yè)成熟以后也只能作為鋰離子電池的補(bǔ)充，難以替代。

氫燃料電池現(xiàn)階段看不到量產(chǎn)商業(yè)化的條件，不做討論。

鋰電池技術(shù)已經(jīng)站穩(wěn)市場，各個(gè)部件的技術(shù)演進(jìn)方向清晰，技術(shù)改進(jìn)圍繞性能優(yōu)化、提升能量密度，與人工智能顛覆基于經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)服務(wù)不同，現(xiàn)階段的鋰電技術(shù)沒有顛覆性的躍遷

更多是靠企業(yè)在不斷的試錯(cuò)中進(jìn)行性能調(diào)優(yōu)，通過積累大量的Know-How工藝構(gòu)建自己的壁壘。

鋰電技術(shù)趨勢：

綜上，現(xiàn)階段的鋰電技術(shù)對現(xiàn)有市場起到鞏固和提升的作用，屬于產(chǎn)業(yè)增強(qiáng)，對目前的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)更有利。

那么產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)都有哪些？

對于動力鋰電池廠商而言，裝機(jī)量的大小往往與其合作的整車企業(yè)銷量密切相關(guān)。

裝機(jī)量市場份額第一的寧德時(shí)代，背后是特斯拉以及小鵬、蔚來等國內(nèi)一眾造車新勢力；而比亞迪則靠自給自足，通過旗下新能源車的銷量帶動了自家動力電池的市場份額；

排名靠后的二三線鋰電廠商則只能希望進(jìn)入終端車企的二供或者三供去多少分享電動車發(fā)展的紅利，技術(shù)難以領(lǐng)先，地位更無法趕超。

儲能電池產(chǎn)業(yè)排名情況：

具體影響同上。

與動力電池以及儲能電池不同，消費(fèi)電池的增長已經(jīng)大幅放緩，未來5年大致維持10%左右的行業(yè)增速，在電池行業(yè)中的占比在不斷縮小，這類成熟行業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局競爭不會像前兩者那么激烈，因此，產(chǎn)業(yè)格局大概率也不會有太大變化，更多看新興消費(fèi)電子對其應(yīng)用的拉動，如前兩年的無線耳機(jī)，未來的VR等。

儲能電池挖掘鉛碳電池機(jī)會

鉛酸蓄電池由二氧化鉛正極板、鉛負(fù)極板、超細(xì)纖維隔膜、硫酸電解液及電池殼、極柱組成，放電時(shí)正極板上的二氧化鉛和硫酸電解液發(fā)生還原反應(yīng)得到電子生成硫酸鉛，負(fù)極板上的海綿狀鉛和硫酸電解液發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸鉛，即雙極硫酸鹽化。充電時(shí)又恢復(fù)原來的狀態(tài)，正極生成二氧化鉛，負(fù)極生成海綿狀鉛。

鉛酸電池在汽車上使用時(shí)，根據(jù)不同荷電狀態(tài)的使用環(huán)境要求，常規(guī)汽車啟停和微混動力汽車，由于電池一般在90%荷電量下使用，常規(guī)鉛酸電池能夠正常使用。中度混合汽車，電池在70-90%荷電量下使用，負(fù)極板易被硫酸鹽化；全混汽車，電池在30-80%荷電量下使用，負(fù)極板會快速不可逆硫酸鹽化，使電池提前失效。

針對該問題，L.T.Lam于2006年首次制備出了超級電池，將普通的負(fù)極板改良為一半正常鉛負(fù)極，一半碳負(fù)極板，通過給普通負(fù)極板并聯(lián)超級電容器的的方法，緩解鉛負(fù)極大電流下的硫酸鹽化。但是由于兩種負(fù)極存在電位差，電容電位更負(fù)，負(fù)極析氫嚴(yán)重。為了解決析氫和兩種負(fù)極組裝繁瑣的問題。將碳材料與海綿狀鉛直接混合制作負(fù)極板，制作方法與傳統(tǒng)鉛酸電池接近，具有更好的電池性能和可操作性性，即鉛炭電池。

鉛炭電池可以延長混合動力汽車高倍率部分荷電量（HR-PSOC）工作狀態(tài)下循環(huán)壽命。鉛炭電池及相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新如下：

1. 板柵，板柵起傳導(dǎo)電流和支撐活性物質(zhì)作用，通常板柵為鉛鈣錫鋁合金，為了減緩正極板柵腐蝕造成電池失效。首先可以對板柵通過苯胺浸泡進(jìn)行表面處理，減少物理阻抗。其次可以添加石墨烯，石墨烯和金屬鉛均晶粒細(xì)小均勻，排列致密，可以有效減少板柵的腐蝕。同時(shí)，在進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)，金屬鉛與石墨烯形成的晶粒電阻比單純的金屬鉛晶粒小很多，因此電流密度也得到大幅提高。此外石墨烯可以增加板柵硬度，縮短板柵硬化時(shí)間，降低庫存周期，提高資金周轉(zhuǎn)率，切實(shí)降低了生產(chǎn)成本；

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2. 正極板，正極活性物質(zhì)為氧化度70-88%的巴頓鉛粉和球磨鉛粉。Hu等合成含有多孔碳骨架的納米結(jié)構(gòu)鉛氧化物，與球磨鉛粉混合后使用，能將正極活性物質(zhì)利用率提高至72.5%。由于二氧化鉛結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化復(fù)雜，添加劑容易對其產(chǎn)生負(fù)面作用，可以添加石墨烯類多孔碳，加速正極板化成，同時(shí)降低界面阻抗，增加反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鉛晶體間隙，提升電荷轉(zhuǎn)移效率，控制硫酸鉛晶體的大小，從而避免負(fù)極硫酸鹽化并延長電池壽命。Lang等在正極添加4%4BS（納米4堿式硫酸鹽）明顯提高電池循環(huán)壽命，應(yīng)用效果明顯。

3. 負(fù)極板，負(fù)極板是鉛炭電池的關(guān)鍵，要同時(shí)具備電池和電容的特性。因此負(fù)極要添加一定比例具有電化學(xué)活性的炭材料，啟到電容緩沖和去極化作用。負(fù)極板鉛膏活性物質(zhì)常規(guī)的添加劑包括：磺化木質(zhì)素和腐殖酸類有機(jī)膨脹劑、導(dǎo)電炭、硫酸鋇和短纖維等。主要起到增加負(fù)極板活性物質(zhì)容量、減緩硫酸鹽化、提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)負(fù)極板充電倍率的作用。鉛炭電池負(fù)極板則是在常規(guī)鉛膏中添加更高比例的電容性炭材料例如碳納米管和氧化石墨烯類材料，同時(shí)添加有助于高比表面炭材料分散用的分散劑，抑制炭材料帶來析氫問題的添加劑氧化銦等，提升加炭后引起負(fù)極板強(qiáng)度低的粘結(jié)劑PTFE等，為防止負(fù)極板氧化可以延長固化時(shí)間并采用內(nèi)化成工藝。

4. 電解液，電解液為稀硫酸水溶液，參與電池反應(yīng)，充電時(shí)濃度增加，放電時(shí)濃度減小，并且充電過程伴隨析氫反應(yīng)，隨著水的減少，濃度會增加，影響電池性能。電解液中的添加劑主要有鈉鹽、鉀鹽類提升導(dǎo)電性能，磷酸減緩正極活性物質(zhì)脫落。以及高析氫過電位的金屬及其化合物或者離子液體用于抑制氫氣析出。Zhao等將240mg/L的溴化十六烷基三甲基銨與20mg/L的芐叉丙酮作為電解液添加劑，明顯提高循環(huán)壽命，得出其能夠抑制析氫。

5. 電性能，鉛炭電池相比鉛酸電池提升8倍充電速度，3倍放電功率，6倍循環(huán)壽命。相對于鉛酸電池20-40Wh/kg的能量密度，鉛炭電池可以提升到40~60Wh/kg，性價(jià)比得到極大提升。

鉛炭電池作為鉛酸電池的創(chuàng)新技術(shù)，不僅擴(kuò)展了其在中混和全混動力汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，而且進(jìn)一步體現(xiàn)了其在大規(guī)模和超大規(guī)模儲能領(lǐng)域的價(jià)值。

鋰硫電池工藝技術(shù)研究方向

鋰硫電池由正極單質(zhì)硫S8，負(fù)極金屬鋰Li，及兩者之間的電解液和隔膜組成的電化學(xué)體系，因單質(zhì)硫理論克容量1680mAh/g，金屬鋰克容量3860mAh/g。因此鋰硫電池的能量密度高達(dá)2600wh/kg。加上硫儲量豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好。因此鋰硫電池是很有潛力的儲能和動力候選電源。

1. 正極，正極一般是硫的復(fù)合材料，主要解決鋰硫電池反應(yīng)多硫化物溶解造成的穿梭效應(yīng)。同時(shí)提高正極導(dǎo)電性和硫的利用率。目前解決方案為①采用多孔的導(dǎo)電炭骨架，將活性硫分散到炭材料中，提高單質(zhì)硫在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的分散性、借助孔道結(jié)構(gòu)對多硫化物的吸附限制其從復(fù)合結(jié)構(gòu)中析出，提高電極反應(yīng)效率。該類導(dǎo)電炭材料主要包括碳納米管CNT、碳納米線CNF、碳纖維、介孔碳材料CMK-3類材料、石墨烯等。②采用聚合物包覆硫或者碳硫復(fù)合物，來提高正極導(dǎo)電性，抑制多硫化物溶解。例如常見的聚吡咯PPy，不僅能提高導(dǎo)電性和抑制多硫化物溶解，還具有一定電化學(xué)化學(xué)能提升容量，同時(shí)還具有粘結(jié)性。其他包覆材料還有聚丙烯腈PAN、聚噻吩PTH、聚苯胺等③添加納米金屬氧化物以提高表面積和吸附作用，例如氧化釩、氧化鋁、氧化硅以及過度金屬氧化物。④通過高效粘結(jié)劑提高正極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常用的聚偏氟乙烯PVDF、聚乙烯吡咯烷酮PVDF、聚氧化乙烯PEO，以及特種粘結(jié)劑如周光敏報(bào)道的自修復(fù)聚合物粘結(jié)劑聚乙烯吡咯烷酮-聚乙烯亞胺PVP-PEI。

2. 電解液，鋰硫電池電解液主要為醚類、酯類、砜類等溶劑；高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、雙氟磺酸亞胺鋰等鋰鹽；硝酸鋰、五氧化二磷等添加劑組成。其中硝酸鋰的出現(xiàn)解決鋰硫電池庫倫效率低于90%的難題，實(shí)現(xiàn)了電池循環(huán)高于98%的庫倫效率。

3. 隔膜，作用一般是導(dǎo)通離子并防止電池短路。由于鋰硫電池多硫化合物的穿梭效應(yīng)，因此要在常規(guī)的聚丙烯PP或者聚乙烯PE隔膜上修飾改性。正極側(cè)常見的有起吸收作用的多孔碳類、起抑制穿梭效應(yīng)的PVDF類材料等，負(fù)極側(cè)則通常用納米復(fù)合金屬鋰和鋰納米合金進(jìn)行修飾。王瑞虎等利用金屬納米粒的催化效應(yīng)，以離子聚合物包覆氧化石墨烯為前驅(qū)體，通過離子交換和高溫焙燒技術(shù)制備得到了鈷、氮均勻摻雜的多孔碳納米片復(fù)合材料。該復(fù)合材料修飾的隔膜不僅可以通過物理化學(xué)作用有效阻擋多硫化物穿梭通過隔膜，而且可以起到電催化劑作用，進(jìn)一步促進(jìn)被攔截的多硫化物進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。索鎏敏等開發(fā)了一種同時(shí)具有高電子-離子電導(dǎo)和電化學(xué)活性的Chevrel相Mo6S8隔膜多功能涂層，成功抑制了Li2S絕緣層的形成，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)硫正極的超快速充放(25分鐘充滿/放空)。該涂層對多硫化鋰具有很強(qiáng)的吸附力，成功地阻止了多硫化鋰向鋰負(fù)極一側(cè)的“穿梭”，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級高負(fù)載硫正極的長壽命循環(huán)。更重要的是，不同于傳統(tǒng)非活性涂層會降低全電池能量密度，該新型涂層可以匹配壓實(shí)后的硫正極，使能量密度提高20%以上。

4. 負(fù)極，負(fù)極一般采用金屬鋰，負(fù)極反應(yīng)時(shí)，鋰金屬表面生成固體電解質(zhì)膜SEI膜，實(shí)現(xiàn)離子導(dǎo)電電子絕緣并保護(hù)負(fù)極不被溶解。鋰負(fù)極改性主要包括①使用多孔結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料、提高負(fù)極比表面積，使鋰沉積均勻；②在負(fù)極表面涂覆保護(hù)層，抑制鋰枝晶；③選擇合適電解液控制SEI組分強(qiáng)度；④在隔膜上涂覆抑制鋰枝晶和改善SEI膜的材料；⑤采用凝膠電解質(zhì)提升導(dǎo)電性和相容性；⑥采用固體電解質(zhì)抑制枝晶生長。

5. 電性能，英國OXIS等已經(jīng)對外供應(yīng)能量密度400wh/kg的鋰硫電池，我國2017年制定的《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》指出，要積極推動鋰硫電池等新體系電池的研發(fā)與工程化開發(fā)，目標(biāo)為2020年單體電池比能量達(dá)到400 Wh kg-1以上，2025年達(dá)到500 Wh kg-1。

鋰硫電池作為二次電池存在諸多問題工業(yè)化尚有一定難度，但是其作為一次電池由于價(jià)格低廉、能量密度高、儲存性能優(yōu)異具有很大優(yōu)勢。

全釩液流電池是目前技術(shù)成熟度最高的液流電池技術(shù)

液流電池是一種具備較大潛力的電化學(xué)儲能技術(shù)。液流電池概念最早由日本科學(xué)家 Ashimura 和 Miyake 于 1971 年提出，1974 年 NASA 科學(xué)家 L. H. Thaller 以 FeCl2 和 CrCl3 作為正 負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)建了全球第一款具有實(shí)際意義的液流電池模型。與一般的固態(tài)電池不同，液 流電池的正極和負(fù)極以電解質(zhì)溶液的形式儲存于電池外部的儲罐中，通過正、負(fù)極電解質(zhì)溶 液活性物質(zhì)發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。液流電池能量密度相 對較低，但在使用壽命、充放電深度、系統(tǒng)容量等方面具有較大優(yōu)勢，因此在大規(guī)模儲能領(lǐng) 域正得到越來越多的關(guān)注。

全釩液流電池是目前技術(shù)最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最高的液流電池技術(shù)。根據(jù)電極活性物質(zhì)的 不同，液流電池可分為多種技術(shù)路線，其中已有商業(yè)化應(yīng)用的代表體系包括全釩、鐵鉻、鋅 溴等。從技術(shù)成熟度的角度出發(fā)，目前全釩液流電池處于領(lǐng)先位臵，其最早由澳大利亞新南 威爾士大學(xué)的Skyllas-Kazacos教授及其團(tuán)隊(duì)于1985年開創(chuàng)，日本住友電工、加拿大VRB、 國內(nèi)大連化物所等機(jī)構(gòu)從20世紀(jì)90年代起相繼開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的研究，目前國內(nèi)外均有幾 十至百M(fèi)Wh級別商業(yè)化項(xiàng)目投運(yùn)。相較而言，鐵鉻液流電池存在析氫反應(yīng)和鉻離子電化學(xué) 反應(yīng)活性不足等問題，鋅溴電池的單體容量則相對有限，目前基本處于工程化示范階段。

質(zhì)子交換膜氫燃料電池

氫燃料電池是一種能夠?qū)Υ嬖谌剂?氫氣)和氧化劑(空氣中的氧氣)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其基本工作原理就是電解水的逆過程。質(zhì)子交換膜氫燃料電池是目前主流的燃料電池。在車輛電動化的大趨勢下，燃料電池成為商用車電動化的優(yōu)選方案，本文詳細(xì)介紹質(zhì)子交換膜氫燃料電池工藝技術(shù)和其燃料氫氣制備儲運(yùn)路線。

1. 電堆，燃料電池堆是由兩個(gè)或多個(gè)單電池和其他必要的結(jié)構(gòu)件組成的具有統(tǒng)一電輸出的組合體,其中必要結(jié)構(gòu)件包括:極板集流板端板密封件等燃料電池堆結(jié)構(gòu)可表示為雙極板與膜電極交替層疊,,同時(shí)在各單元之間嵌入密封件,用于流體之間及對外密封,其端部設(shè)有集流板用于電流輸出,經(jīng)前后端板壓緊后用螺桿或綁帶組裝固定,形成燃料電池電堆。

2. 膜電極，膜電極MEA是質(zhì)子交換膜燃料PEMFC電池的核心部件，是電化學(xué)反應(yīng)的核心場所，主要由氣體擴(kuò)散層（GDLs）、催化劑層（CLs）和質(zhì)子交換膜組成。膜電極的制備工藝經(jīng)歷了GDE型膜電極（熱壓法膜電極）、CCM（catalyst coated-membrane）膜電極和有序化膜電極三個(gè)階段。第一代的GDE型膜電極在質(zhì)子交換膜兩側(cè)壓制涂覆了催化劑的陰極和陽極氣體擴(kuò)散層得到膜電極。第二代CCM膜電極制備工藝現(xiàn)已被廣泛采用，采用卷對卷直接涂布、絲網(wǎng)印刷、噴涂等方法直接將催化劑、Nafion和適當(dāng)分散劑組成的漿料涂布到質(zhì)子交換膜兩側(cè)得到膜電極。是目前主流的商業(yè)化制備方法，具有高鉑利用率和耐久性的優(yōu)點(diǎn)。第三代有序化膜電極，隨著納米線狀材料的發(fā)展，市場嘗試將其引入到膜電極催化層，從而催生了有序化膜電極概念；膜電極結(jié)構(gòu)的有序化使得電子、質(zhì)子、氣體傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)高效通暢，具有最大反應(yīng)活性面積及孔隙連通性，以此實(shí)現(xiàn)更高的催化劑利用率，提升了發(fā)電性能并減少鉑族金屬用量。

3. 催化層，催化層是膜電極的重要組成部分，陽極氫氧化反應(yīng)，陰極氧還原反應(yīng)。同時(shí)還設(shè)計(jì)氣體擴(kuò)散、電子運(yùn)動、質(zhì)子運(yùn)動、水的遷移和排出等。目前最成熟的催化劑是pt和pt基催化劑，商業(yè)化的pt/C催化劑由納米級的Pt顆粒(3~5nm)和支撐這些Pt顆粒的大比表面積活性炭構(gòu)成，pt用量已由10年前的0.8-1.0gpt/kw降到現(xiàn)在的0.2-0.4gpt/kw。而傳統(tǒng)燃油汽車尾氣凈化貴金屬用量為小于0.05gpt/kw。全球燃料電池催化劑主要生產(chǎn)商為美國的3M、Gore，英國的Johnson Matthery，德國的BASF，日本的Tanaka，比利時(shí)的Umicore 等，國內(nèi)大連化物所具備小規(guī)模生產(chǎn)的能力。

4. 質(zhì)子交換膜，全氟磺酸型膜為目前主流，復(fù)合膜是未來發(fā)展方向。全氟磺酸膜：目前常用的商業(yè)化質(zhì)子交換膜。全氟磺酸型膜是目前燃料電池主要采用的膜材料，其中應(yīng)用最廣泛的是美國杜邦公司的Nafion系列膜。

5.?氣體擴(kuò)散層(Gas diffusion layer,GDL)在燃料電池中主要起到支撐催化層傳導(dǎo)電子傳導(dǎo)反應(yīng)氣體和排出反應(yīng)產(chǎn)物水等作用,其通常由多孔基底層和微孔層(Microporous layer,MPL)組成PEMFO運(yùn)行過程中反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳輸雖然不直接參與電化學(xué)反應(yīng)但是傳輸速度會直接影響電池性能,而GDL是氣體和水傳輸?shù)闹饕獔鏊⒖讓油ǔＳ杉{米尺度碳顆粒和疏水性的黏結(jié)劑構(gòu)成,厚度約為30~100um,其主要作用是改善氣體擴(kuò)散層的孔隙結(jié)構(gòu)和表面的平整度,從而降低催化層與擴(kuò)散層之間的接觸電阻,改善界面處的氣體和水發(fā)生再分配,防止電極催化層“水淹”,同時(shí)防止催化層在制備過程中滲漏到多孔基底層基底層通常使用多孔的碳纖維紙(碳紙)碳纖維編織布(碳布)非織造布扁平的泡沫金屬和金屬網(wǎng)等材料經(jīng)過改進(jìn)制備而成,其厚度約為100~400um,主要作用為支撐微孔層和催化層,同時(shí)可以傳導(dǎo)反應(yīng)氣體和排出反應(yīng)產(chǎn)物水其中多孔碳紙是最常用的擴(kuò)散層基底材料

6. 氫氣制備，最經(jīng)濟(jì)的手段是利用穩(wěn)定的太陽能發(fā)電與水電解制氫相結(jié)合，水電解制氫的關(guān)鍵元件是電解隔膜，需要一種具有超低氣體透過性的強(qiáng)韌性有機(jī)膜。對PPS織物表面涂覆功能涂層來改善其親水性的復(fù)合隔膜是目前市場上的主流產(chǎn)品，以Agfa的ZIRFON產(chǎn)品為例，ZIRFON UTP 500+?隔膜是由開放式網(wǎng)狀聚苯硫醚織物組成，該織物上勻稱地涂有聚合物和氧化鋯的混合物，其中二氧化鋯等無機(jī)氧化物納米顆粒是改善其親水性的主要物質(zhì)，其改善親水性的機(jī)理可能是氧化鋯中的氧離子與電解液中的水形成氫鍵。

7. 氫氣運(yùn)儲，由于氫氣的體積能量密度很低，所以氫能源作為能源載體最難點(diǎn)就在氫的儲運(yùn)。一般情況下，輸送距離短最好直接采用壓縮氫氣。長距離輸送可以采用有機(jī)化合物儲氫，先將液化氫轉(zhuǎn)化成液化甲烷和有機(jī)氫化物（甲苯/甲基環(huán)己烷等），然后再還原和分離（膜分離）成純度為99.99%的高純氫，儲氫量約在2%。長距離輸送還可以采用天然氣管網(wǎng)，天然氣中的氫含量可以做到5-20%，輸送后對天然氣重整制氫。含氫氣的天然氣用于家庭，不用加發(fā)味劑，直接可以在房間里面加上氫傳感器用于檢漏，因?yàn)闅涫欠浅Ｈ菀讬z測的氣體。

隨著膜電極材料技術(shù)提升及其和氫氣成本不斷下降，燃料電池終將在電動汽車領(lǐng)域占據(jù)一席之地?！　?/p>