新世纪电动车用燃料电池的发展趋势
陆 刚
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内容提要：本文阐述了第一代电动车用铅酸电池终将要退出、第二代的高能电池有特殊使用条件和局限性及开发以燃料电池为主的第三代EV电池；指出了燃料电池的特点、燃料电池在机动车辆上的应用及其发展方向。
关键词：燃料电池 发展方
Development trend of the electronic automobile-used fuel cell in the new century
Lu Gang
(New in Jiangmen city of Guangdong Province will supply water of the company 529100)
Synopsis : This text has explained the electronic automobile-used lead-acid battery of the first generation will withdraw after all , the second generation of high energy battery have special service condition and limitation and develop the third generation of EV battery relying mainly on fuel cell; Have pointed out application on the motor vehicle of the characteristic of the fuel cell , fuel cell and developing direction
Keyword: Fuel cell Developing direction
1.概述
电动车通常包括电动汽车、混合动力源电动车、电动摩托车、电动自行车及一切电动代步的休闲车等。目前全世界汽车厂家纷纷开发并推广使用电动车，电动车的蓬勃发展及远大前景，促进了电池技术的发展，世界各大汽车公司纷纷投巨资并采取结盟的方式研究各种类型的电池。采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车(FCEV)，最早的FCEV是燃料电池大客车，其燃料电池的辅助装置的质量重，体积大，因此，在早期的FCEV上，燃料电池组的辅助装置占据了大客车很大的装载空间，几乎没有乘客乘坐的空间，给FCEV的总布置带来很大的困难。经过多个国家的汽车公司和燃料电池公司多年的努力，燃料电池的小型化得到迅速发展，已经成功地应用到各种类型的FCEV上。
为了获得从液体燃料(甲醇或汽油等)中产生燃料电池所需要的H2，必须在FCEV上装置重整器、燃烧器、净化处理器、气水分离器和各种循环泵等装备，这使得用甲醇为燃料的FCEV的发展受到很大的局限。目前在大多数的FCEV上，特别是在燃料电池电动轿车上仍然是以压缩氢气或液化氢气作为燃料，从发展来看，以甲醇、乙醇等碳氢化合物将成为FCEV的基本燃料。
电动汽车是未来汽车发展的趋势，电池技术又是电动汽车的关键技术，电动汽车用的诸多种电池中，燃料电池是迄今为止最有希望解决汽车能源短缺问题的动力源。燃料电池具有高效无污染的特性，不同于其他蓄电池，其不需要充电，只要外部不断地供给燃料，就能连续稳定地发电。燃料电池汽车(FCEV)具有可与内燃机汽车媲美的动力性能，在排放、燃料经济性方面明显优于内燃机车辆，因此它的发展倍受关注。
燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能的“发电装置”，燃料电池能量转换不受卡诺循环的规律的限制，热效率要比内燃机高得多，在室温条件下的转化效率最高可达到84%。燃料电池在运行过程中，不需要复杂的机械传动装置，不需要润滑剂，没有振动与噪声。燃料电池可以采用各种高比能量的燃料作为燃料，主要有氢气、汽油和甲醇等。虽然燃料电池的发展仍存在若干技术难题，但可以预见，随着技术的进步。燃料电池汽车必将在人们的生活中发挥越来越重要的作用。现在国内外电动汽车的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、锌--空气电池、银锌蓄电池、燃料电池等数种，其中燃料电池是近年来才出现的新事物，被许多人认为是一个发展方向，因为与其它电池比较，燃料电池具有功率密度高，工作温度低、启动性能好，运动部件少，安全可靠，污染少，噪音低等多项优点。
燃料电池是一种直接将化学能转换为电流的电池，它只需要氢和氧这两种元素，利用这两种元素通过媒介作用转换为电流。氧气可以直接以空气中提取，关键是提取氢气的方法。氢气就要从汽油、甲醇、乙醇等燃料中提取，燃料电池(FuelCell)也因此得名。燃料电池是怎样产生电呢？首先从电解水谈起。电解水可将水分解为氧和氢，这是一般化学知识。而燃料电池将这个过程反过来做，把氧和氢这两种气体化合成水份，并且将由此产生的能量直接转换成电流。在这个过程中，这两种气体不能直接接触，要用一层电解质将它们隔开。电解质是由经过镀铂处理的高分子箔片组成，并只允许两气体之一以带电方式即离子形式通过电解质层，当离子为氢离子(质子)，它的每一个质子留下一个电子，这样在电解质的氢气一侧形成负电荷，而在电解质的氧气一侧形成正电荷，从而形成了一定的电压，有电压就有电流。
燃料电池做为现代汽车技术发展的方向，美欧日等发达国家十分重视燃料电池的发展。世界上第一辆燃料电池作动力的轿车是由奔驰汽车公司制造，于1996年5月在德国柏林向公众展示。这款称做“Necar”的轿车不会产生污染物，它向空中排放的是纯水蒸气，不含任何别的物质，甚至没有二氧化碳，使用甲醇做燃料。而美国的Abl公司开发的燃料电池是使用汽油做燃料的，这种车载燃料电池动力系统是由汽油箱、转化器、燃料电池、电动机组成。其中转化器是将汽油转化为氢气的设备，把汽油加热，直至处于汽化状态，然后输入一个有点火功能的金属反应缸内，在低氧的状下通过“不完全燃烧”来产生氢，然后将氢气输送到燃料电池。由于燃料电池构造复杂，生产成本高昂而无法推广。直至近年进行了一系列改进，燃料电池轿车在价格上与普通轿车相比约高10%～15%，已居有一定的发展价值。
2.铅酸电池(第一代EV电池)终将要退出
目前在EV上,一般以各种不同的蓄电池组成动力电池组储存的电能作为动力源，用周期性的充电来补充电能。动力电池组是EV的关键装备,它储存的电能、质量和体积，对EV的性能起决定性影响，也是发展EV的主要研究和开发的对象。经过科学家不懈的努力, EV用电池经过了三代的发展，已取得突破性的进展。铅酸电池的应用历史最长,也是最成熟,成本售价最低廉的电池。当前存在的主要问题是一次充电的行程短,一般约在30～40km；就是快速充电也要4～6h，且质量能只有30Wh/kg。为此人们一直探索着如何改进铅酸电池的性能,开发能量效率更高、稳定性更好,电荷容量更大的新电池。这里讲的电池都是指可通过相应手段使电池能恢复性能的电池，即可充电的各种二次电池,可加注燃料的燃料电池,以及可通过更换锌片的锌空气二次电池等。
在改进铅酸电池性能方面，人们现在已在广泛使用免维护电池。免维护电池给人们带来了使用的方便性。为使使用铅酸电池更可靠，人们开发了胶体电池。胶体电池也是铅酸电池范畴的二次电池。它依然用密度为1.28g/cm3的硫酸水溶液，但在其中添加了Na2OSiO2，电解液呈胶体状--乳白色的凝胶，构成了胶体电解质。胶体的状况会随着温度和电场的作用而变化。当电池放电时，胶体的凝聚性会更明显；温度降低，胶体内部溶液扩散迁移及传导性变差，内电阻增加。在温度升到30℃以上，单格电压超过2.6V，要产生充电气泡；充电时间过长，温度过高，特别是单格电压超过2.7V，胶体常常会发生水解，放出大量H2和O2，并伴有硫酸和水外溢，胶体变成了液态。如及时停止充电，下降温度，去掉外电压，胶体还可重新恢复。它的性能、价格与铅酸电池差不多，只是由于胶体电解质具有不易渗漏性，能保证电源使用的可靠性。即使电池壳体产生了裂纹也可继续使用，不会产生对车辆的腐蚀作用。因此其可适用于道路状况差(乡间土路)和用电负荷变化大的车辆，如在山区、乡村使用车辆的电池，军用车辆的起动用电池，以及由于环保要求，限制酸腐蚀的特种车辆等用的电池。由于电解质中有Na2SO4存在，在极板硫化过程中，会同时产生硫酸铅、硫酸铅结晶，从而防止了极板生成粗大的硫酸铅结晶体，使极板不易硫化，容易再次充电活化；不易丧失极板的多孔性；还能防止正极板上生出尖锐的硫酸铅突起，避免隔板被刺穿形成极板间短路。从寿命讲，胶体电池是铅酸电池的4倍以上，在50℃～-30℃仍能很好工作，且工作性能相当稳定，可谓是比铅酸电池性能有了大幅度提高。此电池还能比普通铅酸电池能多存在一段时间，但此电池毕竟是铅酸电池。随着人们对环保要求的深入，含铅的重金属产品将会随着世界禁铅运动的深入而逐渐被淘汰。尽管胶体电池有许多优点，但终归也要退出历史舞台。
3.第二代的高能电池有特殊使用条件和局限性
第二代的高能电池有镍-镉电池、镍-氢电池、钠-硫电池、钠-氯化镍电池、锂离子电池、锂聚合物电池、锌-空气电池和铝-空气电池等多种电池。第二代的电池的比能量和比功率都比铅酸电池高，大大地提高了EV的动力性能和续驶里程，但第二代的电池仍然是在电能-化学能-电能的化学反应过程中存储电能和供给电能，有一些特殊使用条件和一定的局限性,其中有些高能电池还需要复杂的电池管理系统和温度控制系统。各种电池对充电技术还有不同的要求。而且化学电池中的活性物质在使用一定的期限后，会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废，增加了EV的使用成本。
4.开发以燃料电池为主的第三代EV电池
燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率高，并且燃料电池能量转化过程可以连续进行，反应过程能够有效地控机是较理想的FCEV用电池，一些关键技术正在不断地突破，并且在使用上取得良好效果。另外，飞轮储能器是电能-机械能-电能转换的“电池”。超级电容器是电能-电位能-电能转换的“电池”。这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力。而且在“充电”和“放电”时十分方便。由多个12V或24V的电池串联成的动力电池组是EV唯一的动力源，动力电池组是电压为155～300V高压直流电源，在EV上，还有空调系统的空压机，动力转向系统的油泵和制动系统的真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。空调系统的空压机如果用动力电池组供给电能时，对EV的动力性能影响很大，可以使EV的续驶里程减少近30%，一般采取智能控制系统，在EV启动、加速，爬坡和停车时，控制空调系统停止运转，以节约电能。
在传统的内燃机汽车上，制动系统、照明系统、信号系统、刮水器、喷淋器、电动车门、电动车窗、音响、电视、多媒体、安全气囊、防撞系统、导航系统、车载电话等，都采用了12W或24V的低压电源，并且装备了发电机，电压调节器、蓄电池的低压电源系统。因此，EV的动力电池组还要通过DC/DC转换器，供应12V或24V的低压电，并储存到低压辅助电池组中，作为EV的仪表、照明和信号等工作的电源。DC/DC转换器和低压辅助电池组，承担从动力电池组向低压电池组充电和管理，然后由低压电池组向各个用电装置提供电能，全部过程都是在中央控制器的监控和指令下进行。
5.燃料电池的优点:
(1)节能、转换效率高、不需要石油燃料
①除用汽油重整产生氢气外，其他(甲醇、碳氢化合物等)燃料基本不用石油燃料。由发动机经驱动系统到车轮的综合效率，内燃机汽车为11%左右, 以氢气为燃料的FCEV实际效率达到50%～70%，用甲醇为燃料，经过重整产生氢气FCEV, 实际效率达到34%,FCEV的实际效率大大地高于内燃机汽车。
②内燃机在额定功率附近才有最高效率，而在部分功率输出条件下运转, 效率迅速降低。燃料电池在额定功率下的效率可以达到60%，而在部分功率输出条件下运转,效率可以达到70%，在过载功率输出条件下运转效率可以达到50%～55%。高效率随功率变化的范围很宽，在低功率下运行效率高，特别适合于汽车动力性能的要求。
③内燃机过载能力低，在过载运转时容易“熄火”。燃料电池短时间的过载能力，可以达到额定功率的200%。非常适合汽车在加速和爬坡时动力性能的特性。
综合上述几点，燃料电池的节能，远远超过内燃机，而且稳定性和可靠性高于内燃机。
(2)排放达到零污染
内燃机排放废气中有害气体，对环境造成的污染是内燃机汽车的致命的缺点，尽管采取了各种各样的机内和机外的技术措施，只能是达到“低污染”的水平，由于内燃机汽车的数量庞大，即使是“低污染”也给地球环境带来巨大影响。用氢气作为燃料的燃料电池发动机主要生成物质为水和CO2，属于“零污染”。用碳氢化合物作为燃料的燃料电池发动机主要生成物质为水和CO2，CO等属于“超低污染”。出于对地球环境保护的要求和谋求新的能源，燃料电池发动机是比较理想的动力装置，并有可能逐渐取代石油作为车辆的主要能源。
(3)车辆性能接近内燃机汽车
内燃机的比功率约为300W/kg，目前燃料电池本体的比功率为700W/kg，功率密度1000W/L。如果包括燃料电池的重整器、净化器和附属装置在内，比功率为300～350W/kg，功率密度280W/L。在能量方面燃料电池与内燃机相接近，因此的动力性能可以达到内燃机汽车的水平。
(4)结构简单和运行平稳
①燃料电池发动机的能量的转换是在静态下完成，结构件构造简单，其加工精度要求比内燃机低得多。特别是质子交换膜燃料电池能量转换效率高，能够在低温条件下启动和运转，对结构件的耐热性能要求也不高。结构件大多数为板状和管件，没有运动零部件和各种摩擦副，没有因零部件磨损引起的故障，维修、保养方便。
②燃料电池发动机由多个单体燃料电池串联组成，可以配置成各种不同规格的系列燃料电池发动机组，可以装配在不同用途和不同型号的车辆上。在车辆上可以根据车辆的轴荷分配、车辆有效空间的利用等具体情况，灵活、机动地进行总布置。
③燃料电池发动机在运行过程中,噪声小、振动小,散热系统比内燃机简单得多,热管理系统也更加简单。产出物不需进行净化处理和消声处理,整个燃料电池系统容易实现自动化系统管理。
6.燃料电池的缺点
虽然燃料电池汽车在理论上具有比内燃机车辆优越的经济性、动力性和排放性，但在替代内燃机车辆的过程中还有若干的技术难题有待解决。
燃料种类单一 目前，不论是液态氢、气态氢、储氢金属储存的氢，还有用碳水化合物经过重整后转换的氢,是燃料电池的唯一的燃料。氢气的产生，储存、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求很高。但燃料种类的单一性，可以建立标准化、统一的供给系统。
要求高质量的密封 燃料电池的单体电池所能产生的电压约为1V，不同种类的燃料电池的单体电池所能产生的电压略有不同。通常将多个单体电池按使用电压和电流的要求,组合成为燃料电池发动机组，在组合时，单体电池间的电极连接时,必须要有严格的密封,因为密封不良的燃料电池氢气会泄漏到燃料电池的外面,降低了氢的利用率和严重影响燃料电池发动机的效率，还会引起氢气燃烧事故，由于要求严格的密封,使得燃料电池发动机的制造工艺很复杂、并给使用和维护带来很多困难。
比功率还要进一步提高 内燃机的比功率约为300W/kg，以氢为燃料的燃料电池比功率约300～350 W/kg、功率密度为280 W/L。甲醇经过重整的氢为燃料的燃料电池综合功率密度(包括重整器质量)降低到220 W/L。为了满足FCEV动力性能的要求，需要进一步提高燃料电池发动机的比功率。
造价开支 目前质子交换膜燃料电池是最有发展前途的燃料电池之一，但质子交换膜燃料电池需要用重金属铂(Pt)作为催化剂，其使用量要求达到0.1～0.2mg/cm3，目前用量要求达到0.5 mg/cm3，距离要求还较远。而且铂(Pt)在反应过程中受CO的作用会“中毒”而失效。铂(Pt)的使用和铂(Pt)的失效使质子交换膜燃料电池的造价持高不下。
到目前为止,燃料电池汽车仍然十分昂贵。燃料电池汽车要达到实用化的程度,至少需要产生60～90kW的功率。当NASA第一次将燃料电池技术用于电动车辆时,燃料电池成本大约是50万美元/kW，价格现已降到500美元/kw，但即使如此,也意味着电动汽车的燃料电池价值3万美元以上，约是普通内燃机〔3500美元〕的10倍。如何降低成本是燃料电池汽车实用化的关键。
设备开支问题对燃料电池汽车的实用化也十分重要。燃料电池汽车用来保护复杂的电池反应堆的装置和相关的费用都有待于进一步降低。
降低氢气的储存成本和使用成本 燃料电池发展的一个基本难题是氢气储存困难。目前燃料电池汽车所用的燃料主要有三种：氢、甲醇和汽油。氢气的储存主要有三种方法，其一氢气可以直接利用，此时车辆需要携带一个充满高可燃性气体的高压容器，需要的空间很大。其二氢气也可以液态形式储存，那样又需要很复杂的制冷设备和更安全的压缩技术。其三使氢气与金属镁和钒反应形成储氢金属，但是此时氢气分离温度高(储氢镁分离温度287℃)，且此时其比能量较低(储氢钒比能量为700Wh/kg)。目前也有使用甲醇作为燃料的，通过甲醇和水混合、蒸发，经过车载重整器转化为氢气和二氢化碳气体。甲醇虽然储存安全，但甲醇重整对纯净度和转化温度有很高的要求，且甲醇有一定的毒性，会对人体造成危害。
需要配备辅助电池系统 燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收FCEV再生制动的反馈能量。通常在FCEV上还要增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和在FCEV减速时接受再生制动时的能量。
汽油裂化困难 在路上从汽油中提取氢是非常困难的，甚至比裂化甲醇还困难。汽油裂化反应需要在850～1000℃温度下进行，并且当燃油裂化结束时，冷却它也很困难。此外在汽油裂化过程中将产生CO2和其他可导致温室效应的气体。另一个难以解决的问题是防止燃料电池在催化剂作用下发生疏化反应。
防结冰问题 结冰性是燃料电池的致命弱点。燃料电池在工作过程中，不可避免地产生水。在低温的情况下，水结成冰会破坏聚合隔膜。更大的问题是电池反应堆在低于0℃时是不会产生电流的，如何使在-20～40℃温度下已经冻透的反应堆很快的正常工作将是一个难点。
7.燃料电池与普通蓄电池的区别
燃料电池是一种能量转换装置，在工作时必须有能量(燃料)输入，才能产出电能。普通蓄电池是一种能量储存装置，必须先将电能储存到电池中，在工作时只能输出电能，在工作时不需要输入能量，也不产生电能，这是燃料电池与普通蓄电池本质的区别。
一旦燃料电池的技术性能确定后，其所能够产生的电能只和燃料的供应有关，只要源源不断供给燃料，就可以源源不断的产生电能，其放电特性是连续进行的。普通蓄电池的技术性能确定后，只能在其额定范围内输出电能，而且必须是重复充电后才可能重复使用，其放电特性是间断进行的。
燃料电池本体的质量和体积并不大，但燃料电池需要一套燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备，才能获得氢气，而这些燃料储存装置或燃料转换装置和附属设备的质量和体积远远超过燃料电池本身，在工作过程中，燃料会随着燃料电池电能的产生逐渐消耗，质量逐渐减轻(指车载有限燃料)。普通蓄电池没有其他辅助设备，普通蓄电池在技术性能确定后，不论是充满电还是放完电，蓄电池的质量和体积基本不变。
燃料电池是将化学能转变为电能，普通蓄电池也是将化学能转变为电能，这是它们共同之处，但燃料电池在产生电能时，参加反应的反应物质在经过反应后，不断地消耗不再重复使用;因此，要求不断地输入反应物质。普通蓄电池的活性物质随蓄电池的充电和放电变化，活性物质反复进行可逆性化学变化，活性物质并不消耗，只需要添加一些电解液等物质。
8.燃料电池在机动车辆上的应用
燃料电池是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”，1839年英国物理学家威廉·格拉夫爵士就在实验室成功地实现了电解水的逆反应，产生了电流。20世纪六七十年代，美国开始将燃料电池用于“双子星”号和“阿波罗”号航天飞机上，进入20世纪80年代以来燃料电池逐渐应用到潜艇上作为动力源，以后才向EV方向发展。根据传统的习惯，把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”仍然称为燃料“电池”，但其与一般的化学电池是完全不同的工作原理。
燃料电池的能量转换方式是燃料的化学能直接转换为电能，燃料电池能够使用多种燃料，可以是石油燃料也可以是有机燃料，并可使用包括再生燃料在内的几乎所有的含氢元素的燃料。燃料经过转化成为氢后，以氢作为燃料电池的燃料，燃料电池能量转换不受卡诺循环的规律的限制，热效率要高得多，可达到34%～40%左右。燃料电池在运行过程中，不需要复杂的机械传动装置，不需要润滑剂，没有振动与噪声。
燃料电池是由电池负极一侧的氢极(燃料极)输入氢气，和在正极侧的氧化极(空气或氧气)输入空气或氧气。在正极与负极之间为电解质，电解质将两极分开。根据不同种类的燃料电池采用了不同的电解质，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质。在燃料电池中燃料与氧化剂经催化剂的作用，在能量转换过程中，经过电化学反应生成电能和水(H20)，因此，不会产生氮氧化物(NOX)和碳氢化合物(HC)等对大气环境造成污染的气体排放。
当前，以内燃机提供动力的汽车已成为有害气体排放的主要排放源。在世界各地、国家和地方机构都在立法强迫汽车制造商生产能极大限度地降低排放的车辆，燃料电池可为这种要求带来实质的机遇。业内人士指出：当小车使用以天然气重整的氢为燃料的燃料电池而不用汽油内燃机时，其二氧化碳的排放量可以减少高达72%。然而，如果用燃料电池代替内燃机，燃料电池技术不仅要符合立法对车辆排放的严格要求，还要能对终端用户提供同样方便灵活的运输解决方案。驱动车辆的燃料电池必须能迅速地达到工作温度，具有经济上的优势，并能提供稳定的性能。
应该说质子交换膜燃料电池最有条件满足这些要求，其工作温度较低，它们能很快地达到所需的温度。由于能迅速地适应各种不同的需求，与内燃机的效率25%左右相比，它们的效率可高达60%。研究表明，以甲醇为燃料的燃料电池，其燃料利用率是用汽油内燃机提供动力的车辆的1.76倍。在现有的燃料电池中，质子交换膜燃料电池的电力密度最大。当人们在车辆设计中重点考虑空间最大化时，这一因素则至关重要。另外，固态聚合物电解质能有助于减少潜在的腐蚀和安全管理问题。唯一的潜在问题是燃料的质量，为了避免在低温催化剂受到污染，质子交换膜燃料电池必须使用没污染的氢燃料。
现在，大多数车辆生产商视质子交换膜燃料电池为内燃机的后继者，在这一进程中，运用不同车辆和使用不同地区的试验进展顺利，用质子交换膜燃料电池为公共汽车提供动力的试验已在温哥华和芝加哥取得成功。德国的城市也进行了类似的试验，十个欧洲城市也在公共汽车上进行试验，伦敦和加利福尼亚也将计划在小型车辆上进行试验。
在生产商能够有效地，大规模地生产质子交换膜燃料电池之前，需要解决的主要问题包括生产成本，燃料质量，以及电池的体积。但愿技术的进一步发展和扩大生产的共同作用将会运用经济的规模性而降低生产成本。目前，人们也在对直接使用甲醇为燃料和从环境空气中取得氧的另一解决方案进行研究，它也可以避免燃料的重整过程。
9.燃料电池的发展方向
燃料电池是当前所开发的电池中最有发展前途的“高能电池”，燃料电池的高燃烧效率、无有害气体排放和无废料丢弃，以及无工作噪声等特点，是其他化学电池所不能达到的。我国和世界各国都十分重视燃料电池的研究和开发，中国科学院大连化学物理研究所燃料电池工程中心，研制和制造了多种不同类型和多种不同规格的燃料电池，开发了具有我国的特色的碳(C)铂(Pt) 电催化剂、电极、电极-膜-电极三合一组件，电池双极板等关键装置，具有国际领先水平，受到国家重视。对发展我国航天工业、人造卫星、国防工业和电动汽车等方面，起着重要的推进作用。
目前世界各国在燃料电池的研究与开发方面侧重于:深入研究聚合物电解质中的燃烧介质的传导和扩散机理，开发新的、化学结构相对比较简单、有良好使用寿命的薄膜。并研究、开发可以在200℃条件下传导质子聚合物，以减少CO对电极催化剂的毒害，延长电极催化剂的使用寿命，并增加废热的利用。研究电极反应和中间反应的机理，开发耐杂质和CO的高性能、低造价的电极催化剂。从微观和分子结构角度研究电极材料的特性，结构和性能之间的关系，开发新型电极材料。对燃料电池的各种附属装置，包括重整器、压缩机、泵、热交换器、CO分离、净化装置等，提高其工作性能，减轻质量和减小体积等，使整个系统能够适应燃料电池电动汽车整车总布置的需要。研究和开发新型纳米储氢材料。
由于燃料电池可以使用甲醇和天热气作为间接燃料，而且能够通过重整技术较快速地转化为直接燃料氢，在催化剂、电极、质子交换膜、燃料电池组的可靠性、密封性和燃料电池管理系统等方面开展了全方位的研究与开发，形成新兴的技术产业。并在FCEV上得到全面地推广。
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