質(zhì)子交換膜燃料研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)60年代，美國通用電氣公司首先將PEMFC用作雙子星座宇宙飛船的電源。當(dāng)時電池采用的是聚苯乙烯磺酸膜，由于這種膜在電池工作過程中易于降解，導(dǎo)致電池壽命縮短，而且污染了電池反應(yīng)生成的水，使宇航員無法飲用，而使對PEMFC的研究在很長一段時間內(nèi)處于低谷。杜邦公司生產(chǎn)的全氟磺酸型質(zhì)子交換膜在PEMFC中的應(yīng)用，使燃料電池的壽命超過了57000h，使其壽命提高了三倍。盡管燃料電池的性能隨材料性能的提升而提升，但由于昂貴的結(jié)構(gòu)材料和高鉑黑用量，阻礙了PEMFC的進(jìn)一步發(fā)展，此后的載人航天飛行電源選定了堿性燃料電池。
1983年加拿大國防部注意到PEMFC可以滿足特殊的軍事要求并有良好的商業(yè)前景，開始資助Ballard公司發(fā)展PEMFC，隨后許多國家都陸續(xù)開展PEMFC的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究工作，至今在催化劑（非貴金屬催化劑、陰極催化劑壽命以及催化劑改性方面）、電極（膜電極的測量方法及新型制備方法和電堆電極均一性等方面）、質(zhì)子交換膜壽命和膜的改性和雙極板等方面已取得了突破性進(jìn)展。
質(zhì)子交換膜燃料電池在全球的發(fā)展情況
加拿大的Ballard能源系統(tǒng)公司在加拿大國防部資助下，PEMFC研究開發(fā)領(lǐng)域的權(quán)威機(jī)構(gòu)。1989年。從美國國防部購買了燃料電池技術(shù)。經(jīng)過十多年的研究開發(fā)，成功地研制出了多種系列的PEMFC。自1994年以來，Ballard公司先后與奔馳、大眾、通用、福特、豐田、日產(chǎn)等著名汽車公司合作，開發(fā)出多種PEMFC汽車。
Ballard公司與奔馳、福特等公司共同投資建立了PEMFC發(fā)動機(jī)公司，從1997年起。溫哥華和多倫多，年產(chǎn)20萬臺電動車發(fā)動機(jī)的兩個生產(chǎn)企業(yè)已在建設(shè)之中，計(jì)劃2003年把PEMFC電動車正式推向市場。Ballard公司還與美國、法國的大型供電公司共同投資組建了合資企業(yè)，生產(chǎn)250KW級分散型PEMFC電站設(shè)備。這些公司的建立標(biāo)志著PEMFC氫能源系統(tǒng)已走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入了加速產(chǎn)業(yè)化的階段。在美國Plug-PowH-Power等公司生產(chǎn)的以天然氣為燃料的510KW，PEMFC小型電站已經(jīng)投放市場，這種電站適用作家庭電站、應(yīng)急電源、不間斷電源。
日本、德國、英國、意大利、俄羅斯等國以及一些著名跨國企業(yè)也加入了研制PEMFC系統(tǒng)和PEMFC電動車的行列。自2000年下半年石油價(jià)格問題引起各國嚴(yán)重關(guān)注以來，除美國、加拿大外。發(fā)達(dá)國家，特別是美國都大大加強(qiáng)了對燃料電池技術(shù)商業(yè)化的投入，僅美國能源部的研究經(jīng)費(fèi)預(yù)算就超過1億美元，大大超出前一年度的預(yù)算。研究重點(diǎn)具有明顯的產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)向，如：燃料電池資料部件，應(yīng)用開發(fā)，行業(yè)規(guī)范，環(huán)境配套，發(fā)展戰(zhàn)略，市場戰(zhàn)略等。
PEMFC和電動車已被列入“九五”國家科技攻關(guān)計(jì)劃，目前，中國氫能源已規(guī)模制備、儲運(yùn)及相關(guān)燃料電池的基礎(chǔ)研究”也已入選2000年“國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目”PEMFC電動車還被列為面向產(chǎn)業(yè)化的國家“十五”863重大科技攻關(guān)專項(xiàng)和上海市“十五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。另外，中國與意大利在氫能技術(shù)開發(fā)上的合作項(xiàng)目也即將啟動。
國內(nèi)質(zhì)子交換膜燃料電池與發(fā)達(dá)國家?guī)缀跏钦驹谕黄鹋芫€上，燃料電池電動車是選中的重要發(fā)展方向，以燃料電池作為動力電源的汽車。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2~3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。
質(zhì)子交換膜燃料電池前景
根據(jù)新思界發(fā)布的《2017-2021年質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)深度分析及“十三五”發(fā)展規(guī)劃指導(dǎo)報(bào)告》顯示，質(zhì)子交換膜燃料電池下游應(yīng)用領(lǐng)域主要分為三大塊。
首先是便攜式電源領(lǐng)域，這一領(lǐng)域由于對質(zhì)子交換膜燃料電池的使用量相對較少，因此整體占比較小，約為4.2%；
其次是固定式發(fā)電領(lǐng)域，這一領(lǐng)域是質(zhì)子交換膜燃料電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用規(guī)模較大，在整體的需求中占比較大，約為78.8%；
再次是交通運(yùn)輸領(lǐng)域，近年來，隨著新能源汽車等的不斷發(fā)展，質(zhì)子交換膜燃料電池在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，占比也在逐漸增加2017年的占比約為17.0%。
2017年中國質(zhì)子交換膜燃料電池下游應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)占比分析
新思界行業(yè)分析師表示，中國質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)發(fā)展起步相對較晚，并且該行業(yè)存在較大的技術(shù)壁壘，造成目前國內(nèi)質(zhì)子交換膜燃料電池生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量相對較少，市場集中度偏高的局面。
現(xiàn)階段，國內(nèi)主要的生產(chǎn)企業(yè)分別是新源動力股份有限公司、上海神力科技有限公司、上海攀業(yè)氫能源科技有限公司、湖南科力遠(yuǎn)新能源股份有限公司、維動新能源股份有限公司、上海舜華新能源系統(tǒng)有限公司等，這些公司掌控了中國質(zhì)子交換膜燃料電池絕大部分的市場份額。
未來，隨著我國質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)不斷發(fā)展，技術(shù)水平不斷提高，行業(yè)的技術(shù)壁壘將會有所降低，并且受到較為廣闊的發(fā)展前景和較大的利潤空間的吸引，中國質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)企業(yè)數(shù)量將會快速增長。屆時，新進(jìn)入者將會使得市場競爭不斷加劇。隨著更多的企業(yè)的崛起，目前大型企業(yè)的市場份額將會被分解，我國質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)的市場集中度也會隨之降低。
同時，市場格局的改變也將會給質(zhì)子交換膜燃料電池行業(yè)的發(fā)展帶來新的景象，新的企業(yè)力量的注入將會給行業(yè)的發(fā)展帶來新的活力。而產(chǎn)能的不斷增長和競爭的不斷激烈化也會導(dǎo)致質(zhì)子交換膜燃料電池的價(jià)格不斷下降，而價(jià)格的下降將會大大拓展其在各領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模，市場需求將會快速增長，因此質(zhì)子交換膜燃料電池未來的發(fā)展前景看好。