GCNR研报 | 2025日本NEDO燃料电池技术开发路线图解读（上）

燃料电池（Fuel Cell，FC）是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高效、零排放等优势。与传统化石燃料相比，燃料电池系统在低碳化方面表现突出，被认为是实现交通、工业和能源部门脱碳的重要技术路径。日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）自1980年成立以来，通过基础技术研究、示范项目和标准制定，不断推动燃料电池技术的发展。从2005年起，NEDO多次发布并不断修订技术路线图，明确了日本在燃料电池领域的中长期目标，以推动行业技术创新。日本在2009年推出了家庭用燃料电池“ENEFARM”，2014年实现了燃料电池汽车的商业化。面向2050年碳中和目标，燃料电池被视为实现能源转型的重要技术手段。2025年2月，NEDO又再次修订了《FCV·HDV燃料电池技术开发路线图》，本文将基于NEDO这一最新的技术开发路线图，解读日本燃料电池在FCV (Fuel Cell Vehicles，燃料电池乘用车)和HDV (Heavy-Duty Vehicles，重型车辆)的应用前景、技术目标及其相关挑战。

一、燃料电池车市场发展目标

路线图发展目标分为三个阶段：初期（2030年左右）、中期（2035年左右）和后期（2040年左右）。图表1展示了FCV（燃料电池汽车）和HDV（重型车辆）燃料电池技术各阶段的市场规模和发展目标。随着市场规模的不断扩大，燃料电池车和氢气供给将成为未来交通领域的重要组成部分。根据路线图预测，到2050年全面实现交通领域的碳中和，日本燃料电池汽车和重型卡车的市场规模将分别达到10万亿日元和24万亿日元，总计约39万亿日元。燃料电池HDV的氢气使用量约占交通领域总氢气用量的25%以上，这一规模将使燃料电池汽车成为最重要的氢能消费产业。

1. 2025年现状

目前全球市场的规模大约为2GW，是燃料电池产品和系统的初步应用阶段。现阶段主要目标是通过政府补贴和支持，推动市场的逐步扩展，主要用于氢能的推广和FCV、HDV等燃料电池车的市场形态建立。

2. 2030年目标

全球市场规模预计达到60GW左右。其中FCV目标销售约23万辆燃料电池车，HDV目标销售约17万辆燃料电池卡车。为进一步促进燃料电池车辆的市场扩展，必须确保氢气供应充足。

3. 2035年目标

全球市场规模预计达到160GW。其中FCV预计销售约60万辆燃料电池车。FC卡车预计销售约45万辆燃料电池卡车。这一阶段价格与传统燃料车接近，全面扩展市场并逐步取代传统燃料车。内河货船、铁路车辆、建筑机械、农业机械等领域也在逐步推进燃料电池技术的应用。

4. 2040年目标

全球市场规模预计达到420GW，燃料电池市场的普及程度将大幅提升。其中FCV目标销售约150万辆燃料电池车。FC卡车目标销售约120万辆燃料电池卡车。随着低成本绿氢的广泛供应，氢气将大规模进入市场，支撑燃料电池的普及。44吨级重型卡车、燃料电池列车和内河船舶将成为这一阶段的市场主力。

图表1：燃料电池汽车市场规模预测

二、HDV燃料电池产品与系统技术路线图

重型车辆（HDV）因其高能耗和高排放特点，成为脱碳化的重要目标。与传统柴油车相比，燃料电池HDV能够显著减少二氧化碳和污染物的排放，同时具备较长续航里程和快速加氢能力，适用于长距离、高强度的运输需求。图表2是燃料电池HDV技术发展和推广目标的路线图。包括燃料电池系统的功率密度、耐久性、氢气储存的技术目标等，描绘了从2025年到2040年技术逐步成熟、市场逐步扩展的路径。氢储存技术是燃料电池系统能量供给的核心环节。NEDO明确了高压储氢和液态储氢两大方向的技术目标。HDV燃料电池将在多个领域实现全面推广，助力实现交通行业的低碳化和可持续发展目标。

1. 2030年前目标

初期阶段，燃料电池HDV的导入量在日本国内约为130台，包含卡车、铁路、船舶等多个领域的试验运行。通过技术发展的推动，逐步扩大燃料电池HDV的应用范围，主要应用于港口、矿山等特殊场景。

燃料电池系统性能：2030年，燃料电池系统的功率密度达到0.6kW/L。目标是提升系统的稳定性，确保其适应温度范围从-30°C至105°C的环境。电池堆的工作寿命目标为50,000小时。

氢气储存系统：预计2030年质量储氢密度为10wt%，体积储氢密度为28g-H₂/L，储氢成本为4万日元/kg-H₂，实现压缩储氢和液态储氢的商业化。

2. 2035年目标

HDV燃料电池开始普及，计划销售更多的燃料电池卡车和其他重型商用车。预计到2035年，HDV燃料电池的技术和市场应用将更为成熟，广泛应用于公路、铁路、港口等多个行业。

燃料电池系统性能：2035年，系统功率密度目标为0.75kW/L。极化性能BOL电压为0.76V（@2.18 A/cm²），EOL电压为0.71V（@2.37 A/cm²）。

氢气储存系统：2035年，质量储氢密度目标为4wt%，体积储氢密度为28g-H₂/L，储氢成本降至2万日元/kg-H₂。

3. 2040年目标

燃料电池HDV将在多个领域实现广泛应用，预计包括重型卡车、铁路、船舶等，广泛推广并达到国际市场规模。到2040年，HDV领域的燃料电池将完全满足全球碳中和目标，预计燃料电池重型卡车和其他商用车的销售数量将大幅提升。

燃料电池系统性能：2040年，系统功率密度目标为0.80kW/L。极化性能BOL电压为0.86V（@2.29A/cm²），EOL电压为0.81V（@2.44A/cm²）。

氢气储存系统：2040年，质量储氢密度目标为15wt%，体积储氢密度为29g-H₂/L，储氢成本降至2万日元/kg-H₂。

图表2-1：HDV燃料电池技术性能指标

图表2-2：HDV燃料电池极化性能目标

三、FCV燃料电池产品与系统技术路线图

图表3全面展示了燃料电池汽车技术的发展方向和实施路径，从初期的推广支持到全球范围的普及，并制定了详细的性能、成本和耐久性目标，为燃料电池技术的应用和普及提供了重要的参考依据。随着技术的不断进步，燃料电池车将在未来几年实现更高效、更经济的运行，为减少碳排放和实现能源转型提供有力支持。

1. 2030年目标

氢气储存系统目标：2025年质量储氢密度为6wt%，体积储氢密度20g-H₂/L，到2030年，质量储氢密度提高到10wt%，体积储氢密度28g-H₂/L。

燃料电池堆（FC Stack）性能：2030年目标功率密度达到0.75kW/L。

I-V极化曲线： 在不同电流密度条件下优化电压表现，BOL在0.2A/cm²时达到0.84V；在3.8A/cm²时达到0.66V，长期目标是实现更高输出密度和低功耗特性。

2025年的工作温度范围最低温度为-30°C，最高温度为90-95°C。到2030年，最低温度为-30°C，最高温度为105°C。

电堆寿命：确保无故障运行5年以上。

系统成本：燃料电池系统（包括FC堆和氢气储存系统）的成本大约为0.4万日元/kW，储氢成本由当前的14万日元/kg-H₂降至4万日元/kg-H₂。

2. 2035年目标

燃料电池堆（FC Stack）性能：2035年目标功率密度达到0.80kW/L。电池堆的BOL电压：0.77V（@1.80A/cm²）。电池堆的EOL电压：0.73V（@1.92A/cm²）。

工作温度范围：最低温度为-30°C，最高温度为120°C。

电堆寿命：目标为10,000小时。

3. 2040年目标

氢气储存系统目标：2040年质量储氢密度提升至15wt%，体积储氢密度29g-H₂/L，储氢成本为2万日元/kg-H₂。

工作温度范围：最低温度为-30°C，最高温度为120°C。

系统效率：在2030年到2040年间，系统的能效和功率密度将进一步提升，推动燃料电池车辆的小型化和高效化。

图表3-1：FCV燃料电池技术性能指标

图表3-2：FCV燃料电池极化性能目标

四、燃料电池堆技术路线图

图表4展示了燃料电池堆技术在未来20年内的主要性能目标，从提高电压、电流密度到减少铂的使用，目标是显著提升燃料电池堆的效率、耐久性、材料使用效率，并降低成本。此外，温度适应性和气体扩散性能也将得到优化，以适应不同环境条件下的应用需求。未来的燃料电池堆将更加高效、经济且适应性更强，支持更广泛的应用领域，如FCV和HDV。

1. 当前与2025年目标

温度范围：约90-95°C。适应常规工作环境的需求。

耐久性：与主要材料的目标相关。

主要材料目标：

空心极催化剂的铂负载量：0.17mg/cm²。

空心极催化剂活性：500A/g（在80°C，100%RH）。

铂溶解速度和电解质质量：保持较低水平和稳定性，确保电解质膜的性能。

电解质膜厚度：适合当前技术要求。

电解质质子的导电率：0.106S/cm（在80°C，80%RH）。

气体扩散阻力：67s/m（在80°C，80%RH）。

2. 2030年目标

I-V极化曲线（单电池）：电压和电流密度：BOL为0.77V（@1.63A/cm²），EOL为0.72V（@1.76A/cm²）。