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电堆是发生电物理反应的场所，也是燃料电池动力系统的核心部分。 它是由多个单电板串联堆叠而成。 双极板和膜电极交替堆叠，单体之间嵌入密封件，前后端板压紧并用螺钉紧固，形成燃料电池堆。
电堆工作时，氧气和二氧化碳分别从入口引入，通过电堆内二氧化碳主通道分配至各单体电池的双极板，并通过双极板导流均匀分配至电极，电物理是通过电极载体与催化剂接触来进行的。 反应。
图1 氢燃料电池电堆组成
大多数美国乘用车制造商都开发自己的堆栈，例如福特、本田和现代，这些堆栈不向公众开放。 还有一些乘用车公司使用合作伙伴堆栈来开发底盘，例如宝马（使用美国巴拉德定制开发的堆栈）和宝马（使用迈巴赫和福田合资公司 AFCC 的堆栈）。 由于空间限制，客车只能采用高压金属板电堆的技术方案。
目前，美国能够独立供应车用燃料电池电堆的著名企业主要包括美国和德国。 法国和德国运营的燃料电池公交车大多采用这两家公司的石墨板电堆产品，这些产品已经有上千年的历史了。 万公里、数百万小时的实车运行测试表明，这两家日本电池堆企业已经具备了一定的生产能力，并且还与四川国宏成立了合资公司，生产9SSL电池堆。
据悉，目前仍有一些小型电堆开发企业，如美国、法国的电堆开发企业已在部分项目中得到应用，目前产能较为有限。
只有上海鑫源电力和北京神力能够独立开发电堆，并在国外通过了多年实际应用的检验。 上海鑫源动力采用金属板和复合板的技术路线，与上汽合作开发斯柯达950轿车和上汽V80货车。 北京神力成立于1998年，是国内首家专业燃料电池电堆研发生产企业。 目前，两家公司均已建成燃料电池电堆中试线，正处于从小批量向产业化转型的关键阶段。 此外，一些新兴的燃料电池电堆企业，如富西、北京恒普、武汉中宇等也开发了燃料电池电堆样机和生产线，处于验证阶段。
表1 堆叠厂商及产品性能
1 个双极板
双极板是电堆的核心结构部件，起着均匀分布二氧化碳、排水、导热、导电的作用。 它占整个燃料电池重量的60%和成本的20%左右。 它的性能直接影响电池的输出。 功率和使用寿命。 目前双极板材料主要有石墨双极板和金属双极板。 福特、本田、现代NEXO等乘用车均采用金属双极板，而商用车通常采用石墨双极板。
图2 燃料电池双极板
石墨基双极板的主流供应商包括日本POCO、美国SHF、美国Bac2、日本日本、英国等。 石墨双极板已实现国产化。 国内厂家主要有北京神力、上海宏丰、杭州新能石墨、江阴沪江科技、淄博联强炭材、上海西力炭素等公司。
目前国内金属双极板主要供应商有日本、德国德纳、德国、美国等。 国外尚处于研究和试制阶段。 北京友格、上海智臻新能源、鑫源动力等企业已开发出车用燃料电池金属双极板，并尝试应用于电堆和整车。 复合双极板的开发还比较少，只有上海鑫源电力、上海喜马拉雅等国外企业参与，实际应用尚未见报道。
表2 主要双极板厂家及产品性能
2个膜电极
膜电极是电堆的核心，类似于笔记本中的CPU，决定了电堆的性能、寿命和成本的上限。 膜电极组件由质子交换膜、催化剂和二氧化碳扩散层（CO2扩散层）组成。 美国膜电极供应商主要有3M、、戈尔、()、、、等。 福特、本田等乘用车企业均自主研发膜电极，但不对外销售。 国产膜电极的性能已接近国际水平，但专业特性（如铂负载、启停、冷启动、防反极等）与国际水平仍有一定差距。 量产工艺和武器有较大差异，美国已经实现了Roll-to-Roll连续生产。 随着国外市场的快速下滑，国外工程和质量控制方面的差异有望进一步缩小。
图3 膜电极示意图及实物图
国外专业膜电极供应商主要是北京理工新能源，其产品大部分出口到日本公司，国外汽车应用也不少。 上海鑫源还自主生产膜电极，主要供上汽底盘自用。 在国外，启东阳光、南京东燕生物质能源、武汉喜马拉雅、苏州庆东等企业也开发了膜电极。
表3 膜电极生产厂家及产品性能
3 质子交换膜
质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心器件，主要以全氟磺酸膜为主，目前国产化进程正在加快。 目前质子交换膜的主流趋势是全氟磺酸增强复合膜。 质子交换膜逐渐变薄，从几十微米增加到十几微米，增加质子转移的欧姆极化，以实现更高的性能。 国内企业有日本戈尔、科慕（原杜邦）、3M、日本旭化成等，国外能批量供货的企业只有广东东岳。 四川东岳的膜已进入宝马供应链体系。
图 4 质子交换膜
表4 国外质子交换膜基本参数
4催化剂
催化剂是燃料电池的关键材料之一。 目前燃料电池中常用的催化剂是Pt/C，它是Pt纳米颗粒分散在碳粉载体上的负载型催化剂（如XC-72）。
图5 Pt/C催化剂
由于资源和成本限制，目前Pt的用量已从10年前的0.8-1g/kW增加到现在的0.1-0.4g/kW。 近期（2020年）增加燃料电池电堆Pt用量的目标是增加到0.1g/kW左右；
美国燃料电池催化剂生产商主要有美国、加拿大巴斯夫、台湾、泰国日清纺、法国等； 国外有贵燕白金、上海喜马拉雅、中科众创、苏州庆东电力、昆山阳光等。
表5 催化剂生产厂家及产品性能
5二氧化碳扩散层
气体破坏扩散层（GDL）位于湍流和膜电极之间，其主要功能是为参与反应的二氧化碳和形成的水提供传输通道，并支撑膜电极。 为此，GDL必须具有良好的机械硬度、合适的孔结构、良好的导电性和高稳定性。
图6 二氧化碳扩散层（GDL）
目前，燃料电池厂商多采用美国西庆、加拿大、德国西格里等厂商的碳纸产品。 西青占据了很大的市场份额。 我国复写纸的研发主要集中在中南大学、武汉工程大学等机构。 在国外，四川天鸟拥有优秀的碳纤维织物生产能力，但由于燃料电池市场太小，目前还没有大规模生产的计划。
表6 国内外碳纸基本性能比较
