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2023年2月9日，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）发布《汽车和重型卡车用燃料电池路线图》和《固定式燃料电池路线图》，提出到2040年燃料电池技术发展目标及技术开发路线。详情如下：

一、车用燃料电池

1、分阶段目标

（1）重型卡车等应用

2030年以前，重点推进重型卡车用燃料电池技术开发，并验证卡车、铁路、船舶、液压挖掘机、叉车、农用拖拉机等多场景应用；到2030年实现25吨级燃料电池卡车的普及应用，开始向其它应用拓展；到2040年实现40吨级燃料电池卡车普及应用和其他场景的广泛应用，最终实现该领域的碳中和。具体性能目标包括：

2030年：燃料电池系统输出密度0.6千瓦/升；高压储氢密度10%（质量密度），28克/升。燃料电池电堆电流-电压特性初始0.77伏@1.63安/平方厘米，报废时0.72伏@1.76安/平方厘米；最高运行温度105℃；耐久性5万小时。燃料电池系统成本0.9万日元/千瓦，电堆成本0.45万日元/千瓦，储氢系统成本2-4万日元/千克，铂含量0.19克/千瓦。

2040年：燃料电池系统输出密度0.8千瓦/升；高压储氢密度15%（质量密度），29克/升以上；材料储氢密度在储氢压力1兆帕以下超过8%（质量密度）、70克/升。电堆电流-电压特性为初始0.86伏@2.29安/平方厘米，报废时0.81伏@2.44安/平方厘米；最高运行温度120℃；耐久性5万小时。燃料电池铂含量0.07克/千瓦。

（2）燃料电池越野车、面包车、皮卡等

2025年前支持开发单一车型，2025年以后开始投放市场，并扩展电堆、辅助设备制造产业；2030年以后更多车型进入市场，扩大应用范围，加速成本下降；2040年以后实现大规模普及应用。具体性能目标包括：

2030年：车载高压储氢密度10%（质量密度），28克/升。燃料电池电堆电流-电压特性为初始0.84伏@0.2安/平方厘米，报废时0.66伏@3.8安/平方厘米；最高运行温度105℃；耐久性15年以上；铂含量0.05-0.1克/千瓦。燃料电池系统成本0.4万日元/千瓦，电堆成本0.2万日元/千瓦，储氢系统成本10-20万日元/千克。

2040年：与重型卡车燃料电池2040年目标相当。

2、技术开发路线

为实现上述目标，NEDO提出了相应的技术开发路线，包括：

（1）燃料电池堆

为实现2030年目标，需开发：①膜电极，到2025年重点关注适应广泛温度条件（-30至120℃），性能和耐久性提升（铂含量在0.24毫克/平方厘米），离聚物形态控制和催化剂层结构优化；到2030年关注性能和耐久性的进一步提升。②电解质材料，到2025年重点关注适应广泛温度条件（-30至120℃），提高膜耐久性，提高低温/高湿~高温/低湿质子膜的传导性，提高离聚物的透氧性、缓解催化剂的特异性吸附；到2030年重点开发耐久性技术；③电极催化剂，到2025年重点关注适应广泛温度条件（-30至120℃），降低贵金属用量，提高阴极催化剂活性、耐久性，抑制碳载体劣化，开发非碳载体材料，开发抑制过氧化氢生成、耐杂质的阳极催化剂；到2030年开发高耐久性技术和废旧电池贵金属循环再利用技术。④分离器、气体扩散层、密封件等，到2025年重点关注降低气体扩散阻力，和其他部件材料组合实现气体扩散层微孔层性能最优，开发高耐腐蚀、低接触电阻的分离器，开发适应广泛运行条件（-30至120℃、内部压力/湿度变化）的垫片、胶粘剂；到2030年开发高耐久性技术。⑤辅助系统，到2030年提高冷却性能，开发适应高温的空气压缩机、加湿器，降低辅机功耗。

为实现2040年目标，需开发：①材料技术，催化剂材料到2030年实现当前贵金属催化剂的性能极限，开发超低铂含量、非铂催化剂，到2040年通过计算设计、材料信息、自主实验等数字技术加速材料开发；电解质材料到2030年优化含水膜材料性能，开发无水膜，实现成膜技术的平台化，到2040年通过数字技术加速膜材料开发；催化剂和膜电极到2030年开发催化剂层、膜电极、气体扩散层、分离器设计，到2040年通过数字技术加速开发，并开发基于新材料的催化剂层、气体扩散层、分离器设计和膜电极制造工艺；②评估分析技术，到2025年开发自主实验技术、材料信息和数据库构建、工艺信息通用基础架构等，实现现有分析工具的平台化，基于计算科学进行电池性能/退化分析、催化剂层形成模拟、系统模拟器开发，通过机器学习等技术实现高速、大规模的模拟；到2030年建立自主实验装置，扩充材料信息数据库，验证基于工艺信息的材料制造工艺，开发利用软X射线的催化剂表面反应原位分析技术和利用硬X射线的自动分析技术，及基于中子射线开发电堆大面积/高分辨率成像技术，分析水、质子的输运现象，进一步探索计算筛选技术，验证基于计算科学的模型，探索电极反应、物质转移、催化剂层形成的原理；到2040年扩大材料探索，通过工艺信息技术确立膜电极等关键部件的工艺设计方法，扩展原位分析技术，扩展催化剂材料、催化剂层生成和性能表征的自动分析技术，扩展电解质材料生成和性能表征的自动分析技术，扩展跨尺度模拟技术，开发适合新材料的部件、电堆的最佳设计。

（2）燃料电池生产

重点关注的生产技术包括：①高性能催化剂涂布和微孔层涂布制备工艺，到2033年左右开发催化剂调配、催化剂涂布和微孔层涂布干燥的实用技术，包括油墨调配工艺的最优化、涂布量产工艺及设备开发等；②膜电极和电池制造技术，重点关注相关密封技术，到2031年左右实现电极快速密封和电池快速生产工艺，开发可靠的电池间密封工艺，高精度定位、加压加热工艺，以及量产工艺和设备；③流道制造，重点开发高性能流道制造技术，到2031年左右开发高速、高精度冲压工艺和新型流道制造技术，并开发量产工艺和设备；④表面处理技术，重点关注低成本高耐久性表面处理技术，到2031年左右开发快速表面处理、高精度定位、表面缺陷检测技术，并开发新型表面处理工艺；⑤缓解老化工艺，到2031年左右开发催化剂清洗、电解质增湿等工艺，应用低污染胶粘剂和材料，降低检测装置成本；⑥质检技术，到2031年左右开发异物金属高速检测技术和高速泄漏检测技术，并开发相应的量产设备。

（3）储氢

重点开发如下技术：①基础材料方面，到2035年左右实现10吉帕级低成本高强度新型碳纤维材料开发、低成本高强度碳纳米管等短纤维复合材料和罐体安装技术开发；到2038年左右开发材料可循环利用或碳中和复合材料及制造工艺。②降低成本方面，到2030年左右提升现有高压气瓶缠绕结构和制造方法，如通过优化设计、使用热塑性树脂、开发稳定的缠绕技术、提升缠绕速度等；开发最优的瓶体结构设计和衬里结构，到2038年验证无衬里气瓶；到2030年左右开发利用热塑性树脂的碳纤维增强塑料罐体成型技术以及冲压成型、拉拔成型等容器制造技术，验证衬里涂布成型的材料及生产技术。③提升便利性方面，开发标准化易装卸的辅助系统，以及可减缓充气过程升温的结构。④智能化方面，到2030年开发和应用高压容器无损监测方法，并实现标准化；到2033年左右开发结构健康监测技术；到2036年左右开发高压容器实时智能监测技术；到2030年左右完成IV型储氢瓶破前泄漏（LBB）结构开发及标准化；到2040年左右将可自修复、自检测的智能材料应用于储氢瓶。⑤经济性和生命周期评估方面，到2036年左右开发碳纤维可循环再利用的储氢瓶；到2030年左右研究高压容器的长寿命设计。⑥下一代工艺设计方面，到2030年左右利用数字技术完成瓶体设计和制造的技术验证，到2036年左右完成储氢瓶长期使用的数字监测技术验证，到2040年左右完成资源可循环的储氢瓶制造、运行监测等数字技术的验证。⑦提高储氢密度方面，到2030年左右完成液态储氢的分析模型开发、新型绝热材料和结构研究，开发车用储氢容器并减少气体蒸发；到2025年完成储氢材料相关高压设施建设，到2030年开发先进的自主实验、自动分析技术，建立氢化物储氢的数据库及材料信息库等，到2040年开发高压合成氢化物材料技术，使用材料信息和工艺信息等进行材料开发，提高储氢性能。

（4）数字化技术

重点开发如下技术：①基础技术方面，到2031年左右完成数据库构建和应用，实现研发的标准化，开发数据集成和数据库协同技术，建立系统化的数据平台，实现基于机器学习的数据驱动型技术开发标准化。②信息化方面，利用材料信息、工艺信息进行关键材料开发和制造工艺开发，利用测量信息技术促进各种材料结构数据或工艺数据的快速大量生成。③自主实验方面，到2035年左右通过自主实验并结合测量分析技术加速关键材料、工艺的开发。④计算技术、模型开发等方面，到2032年左右通过开发材料特性计算技术实现材料筛选，到2035年左右通过跨尺度模拟进行材料及工艺设计，并研究使用新材料的燃料电池的性能和退化机理应用数字孪生技术进行建模模拟。⑤自然语言处理方面，到2028年左右通过从技术文献中自动抽取和处理信息，制定未来战略方案。

二、固定式燃料电池

1、分阶段目标

（1）家用燃料电池

2025年以前，推广普及家用燃料电池，到2030年应用规模达到300万台，2030年以后推进下一代燃料电池的商业化，包括金属支撑固体氧化物燃料电池、质子陶瓷燃料电池。具体性能目标包括：

2025年：燃料电池发电效率（低热值）达到40%-55%，寿命超过10年。

2030年：燃料电池发电效率（低热值）达到40%-60%，寿命达到15年，系统价格低于50万日元。

2040年：燃料电池发电效率（低热值）达到45%-65%，质子陶瓷燃料电池、废气再循环型固体氧化物燃料电池等发电效率达到70%，寿命超过15年。

（2）商用、工业用燃料电池

2025年前推进在家庭的有效利用；2030年以前作为分布式电源进行推广普及，发展多样化燃料，发挥对可再生能源的调节能力；2040年前推广普及使用绿氢的分布式能源系统，实现高效长寿命运行，可逆固体氧化物电池实现应用，开发CO2分离回收型燃料电池。具体性能目标包括：

2025年：固体氧化物燃料电池效率超过55%，寿命超过10年，系统价格不超过100万日元/千瓦（低压运行）、50万日元/千瓦（高压运行）。燃气轮机-燃料电池联合循环发电（GTFC）和整体煤气化燃料电池联合循环发电（IGFC）进入初期导入，GTFC寿命10年，IGFC寿命5年（2026年），数十兆瓦规模大容量系统成本数百万日元/千瓦。

2030年：纯氢聚合物电解质燃料电池量产，发电效率达到60%，寿命15年。固体氧化物燃料电池效率超过60%，寿命15年，系统价格不超过50万日元/千瓦（低压运行）、30万日元/千瓦（高压运行）。中等容量（数百千瓦至数兆瓦级）联合发电系统开始推广普及，效率超过60%，寿命达到15年，系统价格低于30万日元/千瓦。GTFC效率63%（2031年），寿命达到15年。IGFC效率55%（2032年），寿命15年。

2040年：纯氢聚合物电解质燃料电池推广普及，发电效率65%，寿命15年。固体氧化物燃料电池效率超过70%，寿命超过15年，系统价格不超过50万日元/千瓦（低压运行）、30万日元/千瓦（高压运行）。中等容量联合循环发电系统效率超过75%。GTFC和IGFC推广普及。

2、技术开发路线

为实现上述目标，NEDO提出了相应的技术开发路线，包括：

（1）聚合物电解质燃料电池

重点关注的技术包括：①膜电极，2025年前开发耐杂质、高温运行的膜电极；2030年前推进电堆性能和耐久性提升。②电解质材料，2025年前增强耐杂质、膜耐久性等性能，开发高温工作膜，提高透氧性和质子传导性；2030年大幅提升膜的耐久性，抑制反应气体的交叉泄漏。③电极催化剂，2025年前开发高温催化剂，提升阴极催化剂活性和耐久性，抑制碳载体劣化，开发非碳载体材料，开发抑制过氧化氢生成、耐杂质的阳极催化剂；2030年前提升阴极催化剂的高电位耐受性，开发废弃电池贵金属回收技术。④分离器、气体扩散层、垫片等，2025年前开发低成本材料和零部件，降低气体扩撒阻力，优化气体扩散层、多孔层性能，开发耐腐蚀、降低接触电阻的分离器，开发可高温工作的垫片和胶粘剂，开发无需加热固化的材料；2030年开发高耐久性技术和快速粘合技术。⑤燃料系统，提高重整催化剂的杂质耐受性。⑥应用技术，2025年以前开发电堆量产技术，电堆级辅助系统小型化；2030年以前降低纯氢燃料电池成本，开发模块化零部件，延长辅助系统寿命并降低成本；2040年前，应用基于绿氢的储氢燃料电池系统（发电效率超过65%），开发高效的能量管理系统。⑦下一代材料，阴极催化剂方面，2030年前最大限度提升现有贵金属催化剂的性能，2033年前研究新型贵金属催化剂活性位点，2035年前开发超低铂含量催化剂，2038年前开发无铂催化剂；电解质材料方面，到2025年探索功能性增强层材料，到2030年开发高耐久、高性能电解质膜，催化剂层、膜电极等，到2038基于计算设计、材料信息、工艺信息、自主实验等加速材料开发，开发适用于新型材料的催化剂层，以及膜电极量产技术。⑧评估分析技术，与车用燃料电池堆的评估分析技术开发路线基本相同。

（2）聚合物电解质燃料电池生产

重点关注的生产技术包括：高性能催化剂涂布和微孔层涂布制备工艺；膜电极和电池制造技术；流道制造；缓解老化工艺；质检技术。与车用燃料电池生产技术开发路线基本相同。

（3）固体氧化物燃料电池

重点关注的技术包括：①电堆、模块，2025年前提升耐久性、可靠性、效率等，改进电池设计，提高燃料利用率；2030年前开发直接冷却等技术，提高电堆耐久性，降低电堆和模块的成本；2040年前开发先进的电堆控制技术，优化电堆结构。②电解质、电极、连接件材料，2025年前提高金属连接件材料耐久性，2030年前降低电堆及部件材料成本，2035年前提升材料对多种燃料的适应性。③制造工艺，2030年前降低制造工艺成本，开发金属/陶瓷复合材料工艺，2040年前开发批量生产工艺（3D打印、卷对卷制造等），并开发新材料、电堆的制造工艺。④增强应用，提高对多种燃料的适应性，开发高性能隔热材料，系统简化、通用化、小型化，开发模块化零部件，开发循环再利用技术，提升辅助系统耐久性并降低成本。⑤下一代电池，2030年前提高发电效率，开发耐化学毒性的燃料电池（用于煤气化气体），开发金属支撑固体氧化物燃料电池和可在150-600℃运行的质子陶瓷燃料电池，增强其可靠性和耐久性，降低材料和制造成本，开发先进的固体氧化物电解池和可逆固体氧化物电池；2040年前进行先进固体氧化物燃料电池的技术验证，促进燃料多样化、小型化燃料电池的广泛应用，开发批量生产技术以降低成本，进一步提高固体氧化物电解槽和可逆固体氧化物电池的性能并降低成本。⑥基础技术，2030年前开发计算测量及模拟技术，大幅缩短电堆和模块性能、耐久性评估时间，进行电池材料、制造工艺设计，开发加速老化试验方法，建立系统诊断技术，利用机器学习和材料信息技术进行材料探索和系统开发；2040年前推进计算测量和模拟方法向产业界发展，开发运行监控、故障诊断和预测工具，基于工艺信息技术开发批量生产工艺。⑦联合发电系统，对于中等容量（数百千瓦至数兆瓦级）系统，2025年前提高系统操作性，扩大电堆和系统规模，2030年前进一步提高系统可操作性、可靠性和耐久性；对于大容量系统（数十兆瓦级），2025年前开发批量生产技术以降低成本，开发燃料多样化技术，2030年前进一步降低成本，并在2040年前持续优化煤气化燃料电池系统。

（4）通用技术

重点关注的技术包括：①降低安装运维成本，2025年前通过简化运行操作、远程运行等降低成本，开发一体化成套化和模块化技术，2030年前提高主要部件和辅助系统的可靠性，实现系统15年免维护。②智慧社区应用，2030年前开发和验证与可再生能源结合的智慧社区相关应用。③增强灵活性，在2030年前提升对可再生能源的调节能力，开发用于虚拟电厂、需求响应的技术。

 

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