1.1定义及原理
氢燃料电池是将氢气与氧气的化学能转变成电能的装置，主要由阴极（空气极）、阳极（氢气极）、电解质溶液、外部电路四部分组成。其工作原理实际上是电解水的逆反应，氢气和氧气分别由电池的阳极和阴极通入。阳极氢气在催化剂作用下分解为质子和电子，带阳电荷的质子穿过隔膜到达阴极，带阴电荷的电子在外部电路运行，从而产生电能；在阴极上的氧气在催化剂作用下和电子、质子发生化合反应生成水。
图表1 氢燃料电池工作原理
信息来源：公开资料，融中研究整理
燃料电池系统不仅包括燃料电池本体，还应该拥有氢气、空气供给系统、发动机控制系统、车载氢系统、辅助电源等系统，这样，燃料电池方可正常工作。
1.2氢燃料电池行业发展历程
图表2 氢燃料电池行业发展历程
信息来源：融中研究整理
1）技术萌芽阶段。其实燃料电池至今已有180多年的发展史，最早可以追溯到1839年。Willian Robert Grove是公认的“燃料电池之父”，他提出的“气体电池”原始模型，其工作原理为燃料电池的诞生奠定了理论基础。
2）技术应用突破阶段。20世纪60年代，燃料电池正式应用于航空航天领域，开启了燃料电池的现代发展史。美国也成为第一个实现氢能源技术应用的国家。
20世纪70年代以后，氢能作为一种新型清洁能源开始受到各国政府的关注，同时随着多种先进制氢技术的落地，氢燃料电池很快被运用于发电和汽车。1968年，通用汽车公司生产出了世界上第一辆可使用的氢燃料电池汽车，该燃料电池汽车以厢式货车为基础，装载了最大功率为150kW的燃料电池组，续航里程为200km。
到了20世纪90年代，作为解决环境污染和能源供需问题的重要途径之一，燃料电池电动汽车技术受到了空前重视，世界主要汽车厂商投入了大量的人力和物力研发燃料电池电动汽车。
3）产业快速发展阶段。2014年，丰田在全球首推4人乘坐的燃料电池车Mirai，续航500km，补充氢燃料仅需3分钟，成为了燃料电池领域内的里程碑事件。此后，氢燃料电池技术快速进步、全球政策支持力度不断加大、行业商业化步伐不断提速，全球燃料电池产业开始快速发展。作为实现车辆“零排放”的重要解决方案，氢燃料电池技术如今已成为各国产业竞争新的制高点。
1.3氢燃料电池行业市场规模
1.3.1全球燃料电池市场规模
目前，燃料电池根据其应用场景不同可大体分为交通运输用、固定式、便携式燃料电池，近年来需求量均呈现爆发式增长。2020年度全球燃料电池出货量达1,319兆瓦，2016年-2020年复合增长率约26%。其中，交通运输领域需求上升尤为显著，年复合增长率约34%。
2016-2020年全球燃料电池出货情况具体如下:
图表3 近年全球分应用领域燃料电池出货量
信息来源：E4Tech-《The Fuel Cell IndustryReview 2020》
截至2020年底，全球氢燃料电池汽车保有量超过3万辆，行业市场规模超1.2万亿元。韩国成为首个氢燃料电池汽车保有量超过万辆级的国家。我国保有量为7352辆，约占全球规模的24%。当前燃料电池整体应用领域由清洁电站、辅助电源为应用场景的固定式电源向交通运输为应用场景的车用电源转变。据国际氢能委员会的预测，到2050年全球氢能源消费将占全球总能源需求的18%，将为氢燃料电池及设备创造近20万亿元人民币的市场价值。
1.3.2我国燃料电池市场规模
我国燃料电池汽车销量于2016年开始逐渐上升，2019年燃料电池汽车销量达到2,737辆，较2018年度同比增长79%，4年复合增长率达到63.26%。2020年受疫情影响产销双降，截至2020年底，我国燃料电池车保有量为7352辆，市场规模约3600亿元。
图表4 近年中国氢燃料汽车产销量统计
