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氫燃料電池組是整個燃料電池產業鏈的核心。燃料電池的性能和成本直接決定了燃料電池的工業化進程。氫燃料電池反應器的性能評價指標主要包括耐久性、啟動溫度和比功率，其中比功率是近兩年國內外研究機構和企業關注的重點之一。目前，國內反應器企業正在迅速崛起，無論是從膜電極、雙極板等核心部件技術上的突破，還是從整個反應器的功率水平、功率密度上都取得了很大的進步。
大眾需求帶動產業轉型，氫燃料電池汽車的大規模應用推動了氫燃料電池全產業鏈的崛起。氫燃料電池的成本正在迅速下降，技術也在不斷更新。
商業化正在加速
燃料電池堆由若干個燃料電池串聯堆疊而成。雙板與膜電極MEA交替重疊，單體之間嵌封，前后板壓緊用螺絲緊固，即構成燃料電池棧。燃料電池堆是電化學反應的場所，是燃料電池系統(或燃料電池發動機)的核心部件。
反應堆工作時,氫氣和氧氣分布的雙極板每一個細胞通過反應器的主要氣體通道,和雙相的導電率板塊是均勻分布的電極、電化學反應是由接觸電極支持身體的催化劑。
目前，氫燃料電池汽車已進入市場啟動階段。以日本豐田Mirai、韓國現代Nexo、廣汽AION LX為代表的氫燃料電池汽車已經實現商用化，其性能和行駛里程與傳統燃料汽車不相上下。乘用車燃料電池堆功率水平一般在100kw左右，而商用車燃料電池堆功率水平一般在30 - 200kw之間。
近年來，我國燃料電池商用車取得了快速發展，明顯快于燃料電池乘用車。經過十幾年的研發投入，我國的燃料電池技術趨于成熟，以福田歐輝、鄭州宇通、佛山飛世等為代表的燃料電池客車正逐步開始市場化進程，燃料電池物流車輛也已做好商業化發展的準備。據中國汽車工業協會統計，截至2018年12月，中國燃料電池汽車銷量已達1527輛。
今年，國內氫燃料電池反應堆開發企業紛紛公布了好消息，并正在努力改善國內氫燃料電池反應堆的性能。
HCHEN科技與上下游企業共同開發的H3技術，在現有H2技術的基礎上，大大提高了性能、壽命和可靠性。230kW單堆大功率堆性能試驗已完成，即將投入行業使用。基于H2技術開發的80kW、100kW、120kW、150kW四種大功率堆，目前已裝機100臺，運行良好。
新華能自主研發的110kW水冷堆模塊已完成一系列性能測試。目前是新華網單堆功率最大的模塊。反應器與雙反應器模塊結構兼容，雙反應器模塊功率為200kW。
鑫源動力研發的第三代汽車質子交換膜燃料電池模塊技術性能更加優異。結構緊湊，功率密度高，環境適應性強，易于系統集成。額定功率可達130kW，防護等級IP67，低溫冷啟動可達- 40℃。采用金屬雙極板組裝的電抗器性能更高，體積更小，適用于乘用車和商用車的組裝。
燃料電池堆的重要組成部分有膜電極、雙極板和質子交換膜等。目前，國內已經從多個方面進行了研究，試圖降低燃料電池堆的成本，提高燃料電池堆的整體性能。
氫燃料電池堆芯-雙極板
雙極板是燃料電池堆中的關鍵部件，它可以使活性氣體均勻分布在有源區域，導電并支撐膜電極，以保持堆結構的穩定性，并去除燃料電池產生的熱量和水分。
雙極極板占燃料電池重量的60%，成本的20%，其性能直接影響到輸出功率的大小和電池使用壽命的長短。雙極材料主要有石墨雙極、石墨復合雙極和金屬雙極，豐田Mirai、本田Clarity和現代NEXO乘用車均采用金屬雙極，而商用車普遍采用石墨雙極。
金屬雙極板因其優異的力學性能和電學性能而成為燃料電池行業的研究熱點之一。最近，沖氫在金屬雙極板鍍膜技術上取得了突破。在第四代涂裝的基礎上，徹底解決了金屬板材耐蝕性、導電性和低成本的行業瓶頸，通過工藝和設備升級，將高潛在耐蝕性提高了10倍。
與第三代碳基涂層相比，第四代涂層在高電位(1.6 vs.she)下的腐蝕電流從200μA/cm2下降到50μA/cm2。基于第四代獨立連續生產設備，結合工藝升級，腐蝕電流進一步降低至5μA/cm2。
膜電極是氫燃料電池堆的第二核心
膜電極作為燃料電池的關鍵部件，其結構設計和制備工藝十分復雜，整個研發周期長，技術壁壘高，實現規模化生產十分困難。膜電極決定了反應器性能、壽命和成本的上限。膜電極組件由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層(氣體擴散層)組成。
國內膜電極的性能接近國際水平，但專業特性(如鉑負載、啟停、冷啟動、反極性等)仍落后于國際水平。但隨著國內市場的快速增長，國內工程與質量控制之間的差距有望進一步縮小。
近年來，長城能源克服了燃料電池行業的“瓶頸”問題，實現了完全自主研發的新型高性能膜電極的規模化生產，加速了膜電極國產化進程。長城創新了“梯度技術”，極大地提高了膜電極產品單位面積發電量、使用壽命等關鍵性能指標。膜電極的功率密度為1.30W/cm2，耐久性為> 10000 h，鉑負載為0.35mg/cm2。
質子交換膜是氫燃料電池反應堆的第三核心質子交換膜是燃料電池(PEMFC)的核心部件。主要成分為全氟磺酸膜，目前主要為進口。目前質子交換膜的主要發展方向是全氟磺酸增強的復合膜。質子交換膜逐漸趨于薄，從幾十微米降到幾十微米，降低了質子轉移的歐姆極化，從而達到更高的性能。
目前，國內質子交換膜生產企業主要有東岳集團旗下的Future Hydrogen Co.， LTD.，主營燃料電池用質子交換膜，上游原料為全氟磺酸樹脂和全氟羧酸樹脂。其生產能力、技術處于國內領先地位。
11月，東岳150萬平方米質子交換膜生產線一期項目正式投產。這標志著東岳集團經過16年的艱苦科研，與奔馳、福特等公司務實的技術合作，成為全球兩家可提供質子交換膜用于量產氫燃料電池汽車的企業之一。
目前，東越集團擁有全氟質子膜燃料電池最完整的產業鏈，擁有氟功能膜材料國家重點實驗室，形成涵蓋原料、關鍵中間體、樹脂和質子交換膜等全系列完整的知識產權體系，其中，質子膜燃料電池成膜聚合物，榮獲2019年中國專利金獎。
燃料電池堆的成本約占整個氫燃料電池系統的50%。燃料電池堆成本的迅速降低和技術性能的顯著提高，有利于氫燃料電池汽車在中國的推廣和示范。從雙極板、膜電極到質子交換膜，國產化進程不斷加快，國內企業在科技創新道路上也在不斷探索和攻關關鍵問題。氫燃料電池組和燃料電池系統的商業化和規模化正在逐步實現，并有望在近幾年打破進口壟斷。
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