2022年3月23日《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035 年）》發(fā)布，將創(chuàng)新擺在產業(yè)發(fā)展的核心位置，同樣聚焦氫能制備、儲存、輸運、應用全鏈條關鍵核心技術，提升裝備自主可控能力，促進產業(yè)鏈創(chuàng)新鏈深入融合發(fā)展。
產業(yè)發(fā)展，技術先行。關鍵核心技術攻關是實現(xiàn)我國氫能產業(yè)高質量發(fā)展的關鍵。
氫儲能技術
氫能產業(yè)以制氫、儲氫為發(fā)展前提。其中氫儲能技術是通過電解水制氫，將電能轉化為氫能儲存起來的儲能方式，包括電解水制氫、儲氫兩個環(huán)節(jié)，是目前眾多氫氣來源方案中碳排放最低的工藝。
利用可再生能源電解制氫是目前規(guī)?；迫【G氫的唯一方法。目前以可再生能源為主的能源轉型已初具規(guī)模，但由于以風、光為主的可再生能源存在“間歇性”，會對電網造成沖擊，在大規(guī)模利用時較難平衡波動的電力需求，因此，以穩(wěn)定的氫氣化學能形式儲存，被認為是儲能技術發(fā)展的重要方向。
電解水制氫具有工藝簡單、無污染、氫氣純度高等優(yōu)勢，能夠很好的與可再生能源結合，從而大幅度降低制氫成本。目前主要有三種方式，分別為堿性電解水制氫（AWE）、質子交換膜電解水制氫（PEM）和固體氧化物電解水制氫（SOE）。
堿性電解水技術：堿性電解水技術是以KOH、NaOH水溶液為電解質，采用石棉布等作為隔膜，在直流電的作用下，將水電解成氫氣和氧氣。其中，堿性電解槽是堿性水電解制氫的關鍵設備，由鍍鎳的鐵電極或鎳系金屬電極、石棉或聚酯系材料等多孔質隔膜構成。?
PEM水電解電解技術：用電流將水分解成氣態(tài)氫和氧，核心是質子交換膜，質子導電率高，透氣性低，在高電流密度（超過2A/cm2）、大功率輸入（瓦到兆瓦）和高壓下可以實現(xiàn)運行。
固體氧化物電解技術：高溫水蒸汽進入固體氧化物電解槽后，在陰極處被分解為氫離子和氧離子，其中，氫離子得到電子生成氫氣，氧離子則通過傳導氧離子的固體氧化物電解質到達陽極，生成氧氣。
在上述三種水電解方法中，堿性電解水制氫是目前規(guī)模最大、商業(yè)化程度最高、技術最為成熟的電解水制氫技術，在20世紀中期已實現(xiàn)工業(yè)化。然而其受限于電流密度低、動態(tài)響應差，導致其產氫速率低、與可再生能源適配性差；固體氧化物電解水制氫效率最高，但其所需高溫條件和啟動慢等劣勢嚴重限制其應用場景；質子交換膜電解水制氫技術具有結構緊湊、恒定電解質濃度、波動能源適應性強、冷啟動快等優(yōu)點，在與可再生能源結合方面更具優(yōu)勢，因此是制氫的最佳結合方式，也是未來制氫技術的重要發(fā)展方向。
質子交換膜是氫燃料電池最為核心的原材料之一，其功能是為質子遷移和傳輸提供通道、分離氣體反應物并阻隔電子和其他離子，其性能的優(yōu)劣直接決定著電池的性能和使用壽命。
在質子交換膜的制備中，質子膜按照含氟量可分為全氟磺酸膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、復合膜等。目前全氟質子交換膜是主流技術，產業(yè)化程度較高，其穩(wěn)定性好、壽命長，應用范圍廣泛，主要應用在電解水制氫、燃料電池、儲能電池等領域，是主流的質子膜技術。
目前，我國東岳氫能具有完整的全氟磺酸樹脂產業(yè)鏈，是繼戈爾、科慕兩家外國企業(yè)之后國內市場占比最大的企業(yè)，已實現(xiàn)量產并批量供貨，具有規(guī)?；芰Γ懂a150萬平米質子交換膜生產線一期工程，是全球少數能夠量產氫燃料電池汽車提供質子交換膜的企業(yè)之一。
2021年12月，由國家電投建設的國內首條全自主可控質子交換膜生產線正式投產，各個環(huán)節(jié)不依賴國外零部件和技術，實現(xiàn)了氫燃料電池關鍵零部件的國產化，打破了國內質子交換膜市場被國外廠家長期壟斷的局面，產線可生產厚度從8微米到20微米的質子交換膜，質量均相當或優(yōu)于國內外同類產品。實現(xiàn)了我國在質子交換膜高端產品領域擁有了自主生產能力，由此推動我國氫能產業(yè)國產化向前大步邁進。用氫環(huán)節(jié)上，燃料電池是氫能利用的主要途徑。燃料電池本質是水電解的“逆”裝置，直接將化學能轉化為電能，具有無需燃燒、功率密度高等特點。
燃料電池的關鍵主要是電推模塊，電堆由端板、絕緣板、集流板以及多個單電池組成。其中單電池包括七層結構，最中間一層為質子交換膜，然后兩側對稱地依次為陰/陽極催化層、陰/陽極氣體擴散層和陰/陽極雙極板。質子交換膜主要作用是為電解質提供氫離子通道，隔離陰陽極反應氣體，同時對催化劑層起支撐作用。雙極板主要作用是隔絕燃料和空氣、收集電流、傳遞熱量，同時為反應氣體提供通道。氣體擴散層主要作用為支撐催化層，穩(wěn)定電極結構 , 提供氣、電、熱量的通道。
根據電解質的不同可分為質子交換膜燃料電池 (PEMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、磷酸燃料電池（PAFC）)等，其中質子交換膜燃料電池技術，因其具有功率密度高、體積小、啟動速度快，低腐蝕性、反應溫度適中等特點，被公認為最有希望成為航天、軍事、電動汽車和區(qū)域性電站的首選電源，特別適合用做動力電源。
儲氫技術以高壓氣態(tài)儲氫為主
有機液體儲氫為未來主要方向
高效利用氫氣的關鍵在于氫氣的儲運。在儲氫環(huán)節(jié)，技術主要有固態(tài)儲氫、高壓氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫和有機物液體儲氫等。
目前，高壓氣態(tài)儲氫技術因其成本低、充放氣速度快，是最常用的儲氫技術；低溫液態(tài)儲氫技術儲氫體積密度高、儲運量大，但在液化過程中能耗過大，且對容器絕熱性、抗凍性等安全性能要求苛刻，目前主要應用于航空航天、軍事等特殊領域；有機液態(tài)儲氫利用有機液體氫化物對氫氣進行可逆存儲，儲運可多次循環(huán)使用且安全高效，但其脫氫反應條件較為苛刻，且仍存在一些技術難題，尚未大規(guī)模使用；固態(tài)儲氫具有體積儲氫密度高、安全方便等優(yōu)點，但仍處于技術攻關階段。?
盡管目前高壓氣態(tài)儲氫技術較成熟、使用普遍，但存在較大安全隱患大和儲氫密度低等問題不適合長期推廣，相比之下，有機物液體儲氫能夠在常溫下運輸和加注，并且可以利用現(xiàn)有加油站設施，解決安全性和運輸便利性兩大重點，配合成熟的成品油供銷體系極具應用前景，但目前仍有有較多的技術難題，若能打破有機液體儲氫技術壁壘，氫能產業(yè)將加速發(fā)展。儲運技術是制約氫能大規(guī)模發(fā)展的重要因素之一，氫氣儲運與儲氫瓶息息相關。目前已商業(yè)化應用的高壓儲氫氣瓶主要是Ⅰ型（全金屬氣瓶）、Ⅱ型（金屬內膽纖維環(huán)向纏繞氣瓶）、Ⅲ型（金屬內膽纖維全纏繞氣瓶）及Ⅳ型（非金屬內膽纖維全纏繞氣瓶）。
車載儲氫系統(tǒng)的壓力一般分為35Mpa和70Mpa兩個等級。Ⅰ型和Ⅱ型氣瓶容重比較大，但儲氫密度較低，Ⅲ型氣瓶和 IV氣瓶多被用為燃料電池車用儲氫容器。其中 IV 型氣瓶具有質量輕、儲氫密度高的優(yōu)點，國際主流產品多數采用 70MPa 的 IV 型氣瓶。受制于儲氫容器的內膽加工成型工藝技術，國內企業(yè)以生產 35 MPa 的Ⅲ型瓶為主，但該型號儲氫瓶由于儲氣量較低，部分成型受制于整車空間布置的限制，因此主要應用在城市公交、城市物流以及一定區(qū)域內短途重卡等領域。
我國儲氫瓶產業(yè)起步較慢，核心組成部分碳纖維復合材料以進口為主，成本占儲氫瓶生產成本近六成，因此研發(fā)更低的成本及更高的質量儲氫密度與循環(huán)壽命的儲氫瓶對燃料電池乘用車領域意義重大。
2021年5月8日，沈陽斯林達安科新技術有限公司成功獲得國內第一張車用Ⅳ型儲氫瓶特種設備制造許可證，中國車用儲氫瓶從此進入Ⅳ型時代。憑借優(yōu)異的抗氫脆腐蝕性、更輕的質量、更低的成本及更高的質量儲氫密度與循環(huán)壽命，Ⅳ型瓶將成為氫燃料電池乘用車的首選儲能裝備。目前，Ⅳ型儲氫瓶團體標準已經發(fā)布并正式實施，國內儲氫瓶產業(yè)化落地將逐步加快。
作為重要的清潔能源，對氫燃料的合理利用是世界各國競相研究的重要科技高地，特別是在交通領域，氫能開發(fā)已經成為重要的產業(yè)發(fā)展方向，得到了普遍應用。目前，氫燃料在我國已成功實現(xiàn)了在交通、電力、工業(yè)等領域的應用。
交通領域走在氫能應用的前沿，目前主要以氫燃料電池汽車為主，同時在鐵路、海事、航天領域不斷探索發(fā)展。
以氫燃料電池乘用車為例，當前全球多個國家積極布局氫燃料電池汽車產業(yè)鏈，2021年全球主要國家共銷售氫能源汽車16,313臺，同比增長68%，其中中國全年氫能源汽車銷量為1,586臺，同比增長35%。根據中國氫能聯(lián)盟預測，到2050年氫能需求量有望達到6000萬噸，在終端能源體系中占比為10%，預計產業(yè)鏈年產值將達12萬億元，其中交通運輸領域用氫2458萬噸，約占該領域用能19%。
在國家“雙碳”目標下，氫燃料電池汽車正成為新的發(fā)展趨勢，相關配套設施加氫站截至2020年12月31日，全國在建和已建加氫站共181座，已經建成124座，因其動力充足、加注時間短、續(xù)航里程長等優(yōu)勢逐漸延伸至重卡、應急救援車、平衡車、觀光車等應用場景。
在鐵路交通領域，氫能燃料電池能夠有效替代內燃機車作為主要動力，減少電力供應過程碳排放現(xiàn)象，由于沒有任何污染物的排放，也不用重新架設取電網，相較傳統(tǒng)燃油和電力機車，氫燃料電池混合動力機車在相對密閉的地鐵、隧道、礦山等環(huán)境下使用優(yōu)勢更加明顯，應用和維護成本也更低。
在海事行業(yè)，船舶領域的脫碳氫能也起到了重要作用，燃料電池系統(tǒng)是綠色船舶動力裝置的理想方案，可應用于內河、內湖和近海的公務船、客船、游船以及渡船，頻繁進出港口的散貨船和工作船，科考船和工程試驗船，采用液氨/液氫燃料的遠洋船舶。
近年來在氫能船舶上展開燃料電池應用測試，并取得了一些成果：2021年1月，大連海事大學燃料電池游艇“蠡湖”號通過試航；5月下旬，廣東省內推出首艘氫能源船舶“仙湖1號”，并于佛山南海下水；11月，以高溫甲醇燃料電池為動力電源的示范游船在佛山市南海區(qū)丹灶鎮(zhèn)仙湖首航，我國燃料電池在船舶動力上的實船應用邁出關鍵一步。
在航空領域，氫能應用于航空被認為是航空業(yè)未來實現(xiàn)污染物零排放和可持續(xù)發(fā)展的關鍵。目前，氫能航空還處于技術突破階段，主要解決氫燃燒、氫燃料加注和儲存等一系列關鍵技術瓶頸，來自歐洲的空客公司計劃在2035年前，將三架氫動力概念機投入運營。
氫能在電力中的應用可覆蓋制氫、儲運、用氫等全產業(yè)鏈。在制氫環(huán)節(jié)，通過電解水制氫能夠實現(xiàn)大規(guī)模儲能；在儲運環(huán)節(jié)，氫氣可用于季節(jié)性存儲波動性可再生能源電力，提供風能和太陽能并網等可再生能源電力季節(jié)性儲能需求，為能源系統(tǒng)提供長期的季節(jié)靈活性；在用氫環(huán)節(jié)，通過氫燃料電池冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)為家庭或樓宇提供靈活可靠的能源解決方案。
在工業(yè)領域，氫能應用廣泛，當前主要應用于煉油、煉鋼等。以鋼鐵行業(yè)為例，現(xiàn)生產鋼鐵大多以焦炭作為鐵礦石還原劑，導致碳排放過多，無法進行深度脫碳。因此以氫能煉鋼、用氫代替焦炭作為還原劑的新工藝，降低了煉鋼過程絕大部分碳排放，如果實現(xiàn)可再生能源電解水制氫，在軋鑄環(huán)節(jié)使用可再生能源發(fā)電，最后基本可以實現(xiàn)鋼鐵生產的近零排放。
在技術方面，燃料電池系統(tǒng)、電堆、空壓機等已基本實現(xiàn)國產化，質子交換膜、氣體擴散層等正在進行小批量驗證，對于氫能應用技術的自主化，在氫燃料電池方面國家主要關注催化劑、膜電極、質子交換膜、雙極板、擴散層、電堆，在系統(tǒng)方面關注空壓機和氫循環(huán)系統(tǒng)。就目前來看，氫燃料電池六方面技術的國產化進展良好，已初步掌握氫能制備儲運加注、燃料電池等關鍵技術。可以說，氫能行業(yè)已經在一定范圍內形成了規(guī)模，但相較于國際先進水平，仍存在技術裝備水平不高、部分關鍵核心零部件和基礎材料依賴進口等問題，主要是在電堆等燃料電池核心技術和關鍵材料上。
在應用場景方面，燃料電池汽車是氫能領域的關鍵應用場景，在部分區(qū)域實現(xiàn)燃料電池汽車小規(guī)模示范應用，產業(yè)已進入商業(yè)化初期階段，同時，積極在海事、鐵路、航天航空、電力、工業(yè)等領域布局多元應用，并取得技術示范成果，氫能產業(yè)應用呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢。未來，碳中和碳達峰發(fā)展目標漸進將有序推進氫能多元化應用，探索形成商業(yè)化發(fā)展路徑，不久的將來氫能應用場景或將實現(xiàn)大規(guī)模落地。