一、基本概述

氫燃料電池（hydrogen fuel cell）是一種通過電化學反應將氫氣的化學能直接轉化為電能的高效能量轉換裝置，通過氫、氧結合生成水的過程釋放能量，全過程不產生二氧化碳、硫氧化物等溫室氣體或排放污染物，是實現交通、工業等領域深度脫碳的關鍵技術之一。

二、分類信息

三、詳細解釋

氫燃料電池是基于電化學原理的能量轉換系統，主要由電堆、氫氣管理系統、空氣管理系統、熱管理系統以及控制系統構成，電堆是氫燃料電池的核心，一般由多個單體電池堆疊而成，每個單體電池都由陽極、陰極和電解質組成。燃料電池工作時，氫氣在陽極被電催化氧化為質子，釋放電子，質子穿過電解質到達陰極，與陰極側的氧氣在電催化劑作用下反應生成水，電子則通過外部電路形成電流。

圖1 氫燃料電池工作示意圖。（圖源：參考資料[1]，作者漢化）

氫燃料電池具有以下核心優勢：

第一，零污染排放：燃料電池的排出物是水，不產生環境污染，其全生命周期碳排放取決于氫氣來源，若使用清潔低碳氫（如藍氫或綠氫），可實現近零碳排放。

第二，能量效率高：燃料電池通過燃料和氧化劑之間的化學反應直接將化學能轉化為電能，不涉及燃燒和熱機做功。燃料電池的熱力學能量轉化效率超過90%，在實際應用的燃料電池系統中，能量轉換效率也可高達60%以上。

第三，應用場景靈活：兼具模塊化設計與靜音特性，可適配車輛動力、船舶推進、固定式發電等多種場景。

四、應用領域/前景

隨著全球對清潔能源的需求不斷增加，氫燃料電池作為一種清潔、高效的能源轉換技術，具有巨大發展潛力，在交通領域、工業領域得到廣泛應用。

在交通領域：氫燃料電池率先于商用車方向實現規模化落地。目前中國氫燃料電池車保有量超2.5萬輛，其中，公交車輛及重型卡車占比較高，在長途重載場景展現出經濟性優勢，在政策支持下（如氫能高速過路費減免、路權優先等），氫燃料電池重型卡車全生命周期成本已能夠實現與LNG車型相競爭。目前，我國已建成全球最大的燃料電池汽車示范城市群，山東、山西等省份的部分城市路網以及成都等示范城市要求2025年推廣千輛級商用車。船舶與軌道交通成為新增長極，國際海事組織碳稅政策驅動甲醇燃料船舶訂單大幅增加，帶動綠色氫能需求；中車株洲氫能機車完成萬噸裝車試驗，為港口、礦山等場景提供零碳解決方案。在航空領域實現顛覆性突破，實現全球第一架噸級液氫混動垂直起降飛行器（electric vertical take-off and landing，eVTOL）試飛成功，為長航時飛行開辟新路徑。

在工業領域：氫燃料電池可用于工業園區“綠電－制氫－儲氫－發電”閉環系統，提升可再生能源消納能力；可用于通信基站、數據中心等，作為高可靠性的備用電源使用；此外，還可用于偏遠地區分布式發電，解決電網覆蓋難題。

根據國家發展改革委、國家能源局發布的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》，我國將通過政策引導突破氫燃料電池核心技術，規劃在2030年形成較為完備的氫能技術創新體系，2035年形成氫能產業體系，推動氫能在能源體系中占比顯著提升。未來，隨著技術迭代與規模化生產，燃料電池系統成本降低，加氫站覆蓋面增加，氫能產業商業化進程加速，氫燃料電池有望成為我國能源綠色轉型的核心支撐。

五、綠色應用難點

目前，氫燃料電池技術的推廣應用面臨系統性挑戰。主要圍繞以下四個層面：

第一，在技術層面：產業鏈關鍵部件和材料國產化率低，一些核心材料如質子交換膜、碳紙等尚未實現完全技術自主，部分依賴進口。目前催化劑仍依賴昂貴鉑金屬（占電堆成本40%以上），非鉑催化劑或非貴金屬催化劑還處于研究階段，產業應用還有相當距離。

第二，在氫氣生產、儲存和運輸層面：綠氫制備成本尚高，電解水制氫成本達30-50元/kg（較煤制氫高2-3倍）；同時儲運環節的成本嚴重制約綠氫落地應用，70MPa高壓儲氫罐可靠性與安全性尚需進一步驗證，低溫液氫能耗巨大，固態儲氫能量密度低；基礎設施方面，加氫站建設滯后且昂貴，實際運營的加氫站密度低，氫氣管網尚未形成規模化布局。

第三，在終端應用層面：電堆壽命與低溫適應性存在挑戰，低溫啟動性能和耐久性仍需提升，低溫環境下系統可靠性有待進一步驗證。阻礙終端應用更重要的因素在于應用場景的經濟性難題，高昂的氫氣價格、稀少的加氫基礎設施導致實際應用無法盈利。

第四，在政策標準層面：國內氫能測試標準與供應鏈體系不完善，氫能品質檢測、燃料電池性能評價等標準尚未完全統一。

要實現真正綠色應用，需同步突破低成本電解槽技術、高密度低成本儲運方案，并加速基礎設施規模化布局，其商業化進程仍依賴政策驅動與跨產業協同。

本詞條貢獻者：

鄭若晨 中石化石油化工科學研究院有限公司主管師，研究實習員

本詞條審核專家：

劉志祥 國鴻氫能研究院院長，教授

郭 莘 中石化石油化工科學研究院有限公司高級專家， 高級工程師

參考來源：

[1] 氫能匯.什么是氫燃料電池？[EB/OL].氫能匯.(2024-08-19)[2025-08-10].https://mp.weixin.qq.com/s/JSaiiVN1s0gwzcHi07fXSg

[2] 中華人民共和國國家發展改革委，國家能源局.《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》.2022.

[3] 中華人民共和國國家能源局.《中國氫能發展報告 2025》.2025.

來源: 科普中國

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