由于氢能源的技术壁垒，其可分解为氢燃料电池 / 氢燃料汽车 / 氢能源等三大方面的技术壁垒。

氢燃料电池的技术难题：氢能源的能源效率低 / 高活性和稳定性的低成本催化剂 / 甲醇阴阳极转移的预防

氢能源汽车的技术难题：燃料电池的DC/DC电能转换效率和模块化挑战

氢能源的技术难题：不完善的氢燃料电池产业链/ 氢气运输和存储技术挑战

目前常见的 5 种燃料电池: 碱性燃料电池(AFC) / 磷酸型燃料电池(PAFC) / 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) / 固体氧化物燃料电池(SOFC) / 质子交换膜燃料电池(PEMFC)

由于碱性燃料电池的能量利用率低，磷酸盐燃料电池的金属铂极易 CO 中毒，熔融碳酸盐燃料电池的600-700℃的工作温度，固体氧化物燃料电池结构复杂和制作难度高，最终质子交换膜燃料电池(PEMFC)成为了最佳的选择

燃料电池的基本组成部分包括：正负极板、电解质、反应原料、氧化剂。其中反应原料包括2H 、4CH 、 OHCH3、CO 等，氧化剂一般用氧气也可以使用空气。电解质的种类很多，主要包括盐溶液、熔融盐、固体氧化物等。放电时，将燃料由电池正极导入并在正极发生氧化反应，氧气或者空气由电池负极导入并在负极发生还原反应，用电解质将电池正负极隔开，导电离子由正极流向负极而电子则由导线导出至外回路。单从反应式分析，在原料充足的条件下，燃料电池内部反应可以永不停歇的进行。但在实际生产中因为要考虑到设备老化等问题，燃料电池也是存在使用期限的。

简化为化学反应式：

2.1氢能源的能源效率低

关于氢能源效率方面，氢能汽车相比电动汽 车，效率要更低。有业内专家计算，电动汽车启动后，车辆充电位置的电能供应将损失约 5%，电池的充电与放电会损失额外达到 10%，再加上电动机的 5%损失。总损失为 20%。由于氢能汽车是将充电装置集成在车内，其驱动方式与纯电动车保持一致，通过电机驱动。那电能损失也相似，但是按照制氢的过程中，由于制氢 / 存储 / 运输 / 氢加入汽车/ 氢能转为电能 / 电机驱动等步骤，其电能的利用率仅为38%，从汽车注入氢气开始算上，利用率满打满算也只有57%，所以无论如何都是低于电动汽车的。

由于甲醇燃料也是氢燃料电池的一种，其技术难题如下：

甲醇部分氧化和甲醇自热重整制氢通常以空气为氧化剂，反应为放热反应，优点在于转化率高、响应 时间较短且能量效率高，但由于空气引入，氢含 量通常较低，发电效率较低，CO浓度较高。甲醇水蒸气重整最终目的是生产燃料电池级别氢气，但 生成物除未反应的H2O和CH3OH外，由H2、CO2 和少量CO组成。在200~300 ℃的操作温度下，目前存在的技术难题为：高活性和稳定性的低成本催化剂剂 / 甲醇阴阳极转移的预防。

贵金属电的常用催化剂包括铂、钯、钌、银和金等贵金属。中国已探明的铂族金属只有310 吨，其中铂储量为119 吨，资源较少。目前氢燃料汽车单车铂消耗量约20 克，假设2030年国内燃料电池车保有量200万辆，铂消耗量约为40吨，国内铂资源远远不够。

关键的是燃料电池的阳极就是要用铂作为反应催化剂，但铂不进产量小，而且价格昂贵，而且在低温条件下性能不高，大规模推广性差，目前需要寻求更加高效低成本的阳极催化剂。

直接甲醇燃料电池中传统质子交换膜燃料对甲醇有较高的渗透率，甲醇可通过质子交换膜向阴极渗透。这样不但会降低甲醇的利用率，还会造成氧电极极化的大幅度增加，降低燃料电池的性能。开发能够大幅度降低甲醇渗透率的质子交换膜十分关键，还要开发对甲醇呈惰性的阴极氧还原催化剂，减少渗透到阴极的甲醇造成氧电极极化。

新能源汽车侧重于驶里程长 / 零排放 / 续燃料来源多样化 / 补充燃料速度快的FCV ，其中DC/DC 的性能对保证 FCV 动力系统的正常、稳定而且高效地工作具有非常重要的意义。它不仅要满足功率电路的需求，另外还要保证 PEMFC 的输出电流纹波要小，从而可以增加燃料电池的耐久性。此外，效率是 DC/DC 的非常重要的评价指标，特别是在高功率应用中。DC/DC 变换器的技术难题：

目前，国内外燃料电池汽车动力系统要求 DC/DC 具有快速提升电压的性能，我们知道 PEMFC 的输出电压通常不是很高，以 10kW 的 PEMFC 电堆为例，其输出电压是85-120V，严重低于车辆运行中的负载需求的电压。所以，在 PEMFC 输出端和电机控制器间要增加一种拥有提高电压功能的 DC/DC 变换器。

PEMFC 本身的特性就是其输出电压容易随负载变化发生波动。PEMFC 控制系统必须根据负载需求功率及时调整燃料供应。如果此时需求功率突然变大，则 PEMFC 控制系统需要马上调节燃料的流量和压力以获得新的输出电压，然而这个控制和调整过程由于需要机械装置完成，所以会花费较长的时间；另外，由于反应还会受到许多其他外界因素的影响，导致输出电压变得更加难稳定。因此，DC/DC 必须在 PEMFC 的输出电压发生较大波动时，也可以向电机控制器提供稳定的电压，保证系统正常工作。

FCV 在运行过程中所需的功率会频繁变化，而这些变载工况就会对 PEMFC 内部的电压、电流、温度等造成影响，导致其内部水管理难度增加和反应气体供应不足，尤其是输出电流纹波大会导致 PEMFC 内部的质子交换膜或铂催化剂发生损坏，进而降低了PEMFC 的发电效率，严重缩减了燃料电池的生命周期。因此，DC/DC 必须具有优秀的纹波抑制能力。

另外，FCV 必须具有良好的整车经济性，因此 DC/DC 的转换效率要尽可能的大。PEMFC 电堆的对外输出功率通过转换器转换后，将存在一定的功率损耗，即当燃料电池电堆的效率为 45%，DC/DC 的效率为 94%时，则总的能量传递效率变为 42.3%，如果将额定功率下，DC/DC 的效率提高至 96%，那么 PEMFC 电堆和 DC/DC 总的效率上升到 43.2%，提升了约 1 个百分点，这对于 FCV 动力系统是很有意义的。

DC/DC 作为燃料电池车辆的车用级部件，在选择各个器件时应尽量缩小 DC/DC 的总体积和总重量，以便于在汽车上的布置。在燃料电池的推广应用方面存在的困难之一就是其成本高昂，氢能源是一种理想的燃料，目前氢气的存储和生产成为燃料电池推广应用的技术难点，其成本占据 PEMFC 整个运行成本的大部分。因此要通过充分利用氢能来尽量降低系统运行成本，选择模块化的紧凑型 DC/DC 变换器。

中国的氢燃料电池产业链不完整从上游和中游，还有下游一起来分析

氢燃料电池产业链上游：膜电极 / 关键零件(空压机/芯片/电感) / 氢的制取 / 储存和运输 / 加氢站

氢燃料电池产业链中游：燃料电池发动机 / 零部件的生产（电机/附件/直流变换器），

氢燃料电池产业链下游：氢能应用等环节，比如产业链中的核心材料和零部件依赖进口，使得车用燃料电池系统的成本较高。

氢气运输难题: 由于氢气输送方式主要有气氢输送和液氢输送等。气氢输送分为管道输送和长管拖车，还有氢气钢瓶输送。管道输送一般用于输送量大的场合，目前氢气管道总长度已经超过16 000 km，法国和比利时之间建有世界最长的输氢管道，长约400 km。长管拖车运输距离不宜太远，用于输送量不大的场合；氢气钢瓶则用于输送量小且用户比较分散的场合。液氢输送一般采用罐车和船，可进行长距离输送。目前氢气输送网络系统技术尚不成熟，不利于氢燃料电池技术大规模商用化应用。

氢气存储技术难题: 氢在常温常压下呈气态，密度很小，仅为空气的1/14。一直以来，氢燃料安全和高效存储是氢燃 料电池技术大规模商用化的瓶颈。储氢技术是利用氢燃料电池的关键技术，也是难点所在。如高压储氢容器体积大，存在着泄漏和氢脆等安全隐患；液氢储氢耗能大，液氢蒸发问题导致存在储罐安全隐患；可逆金属氢化物储氢重量大等。

关于氢燃料电池的技术难题：

关于氢能源汽车和电动车之争:

关于新能源汽车的无线充电技术：

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