據(jù)裴普成教授介紹，清華大學對燃料電池車的研究從1999年就已經(jīng)開始。當時，清華大學曾經(jīng)裝了一個5千瓦的電堆在一個小平臺車上。2001年，清華大學用15千瓦電堆裝配了一輛中巴車。2001年，國家科技部立項開展燃料電池客車和燃料電池轎車計劃，清華大學被確定為燃料電池客車的牽頭單位，同濟大學負責牽頭做燃料電池轎車。

　　2002年12月30日晚，清華大學的50千瓦燃料電池客車從實驗室開出來。是中國第一輛燃料電池客車，第一臺氫空型燃料電池系統(tǒng)裝車，是真正的燃料電池發(fā)動機汽車。在之前清華大學的燃料電池車上，都是用氧氣瓶供氣，燃料電池使用的是純氧。

　　2002年之后，曾逐年提升對燃料電池系統(tǒng)功率的要求，最高到130千瓦。研究得知，燃料電池的功率并非越大越好。比如安裝一輛12到13噸的汽車，幾十千瓦的燃料電池就已經(jīng)足夠使用，因為還有蓄電池組的儲能。現(xiàn)在，清華大學做的燃料電池客車基本使用的燃料電池功率在50到60千瓦。

　　2008年，清華大學在北京奧運會期間投入了三輛燃料電池公交車，與2007年戴克公司試運行的汽車走同樣路線、停同樣站臺，并同樣運行一年時間，以此對燃料電池的性能進行考核。與戴克的三輛車相比，清華大學燃料電池汽車的氫氣消耗量明顯低很多。戴克的汽車百公里耗氫量大概是百公里16公斤左右，而清華把汽車的耗氫量降至7到8公斤。此后，清華大學又為2010年上海世博會提供三輛公交車，運行半年，同年為新加坡首屆國際青奧會提供一輛燃料電池公交車，運行半年。經(jīng)歷春夏秋冬、高溫多雨的考驗，表現(xiàn)很好。

　　通過比對戴克同一批次的汽車，在北京運行的3輛車大概運行800到900個小時就不行了，在歐洲運行的使用壽命要好得多。在戴克的總結報告會上，令人印象深刻的結論是北京的空氣質量太差。因此中國燃料電池汽車的發(fā)展，環(huán)境因素增加了更大挑戰(zhàn)，也證明發(fā)展燃料電池車更有必要。

　　與國外燃料電池相比，我國燃料電池堆內部一致性較差。國外先進燃料電池堆都是生產線上下來的，一致性較好。而國內的生產環(huán)節(jié)存在很多人為因素，導致結果不好控制。為提高電堆一致性，延長燃料電池壽命，裴普成教授領導的研究組開展了如下工作。

  　　雙極板批量制造技術

　　清華在FC耐久性方面做了很多努力，研究了雙極板批量制造技術。過去制作雙極板使用雕刻技術，購買板子然后雕刻加工，通常一張板子的原材料需要300元，加工費400元，總成本約700元,一個雙極板需要兩張板。國外使用沖壓技術生產一個雙極板僅需要6美元。清華大學曾設計出模壓柔性石墨雙極板、沖壓金屬雙極板。一方面可以降低成本，另一方面能保障雙極板的一致性。

　　此外，研究發(fā)現(xiàn)，電堆故障往往都是因為積水。積水和加工缺陷有關，譬如中間換刀會在加工的地方留下痕跡，這個地方就容易形成積水。

 　　燃料電池壽命評價技術

　　清華大學試驗證明駕駛循環(huán)下燃料電池性能衰減率可用四個工況下的衰減率疊加表示，基于數(shù)學推導給出了基于實驗室測試和道路運行工況譜的壽命預測公式。總試驗時間為200小時左右，然后據(jù)此推測出燃料電池在車上的使用壽命。這項工作的優(yōu)勢是，在實驗室就可以對電池壽命進行預測和評價，在缺少燃料電池車的標準駕駛循環(huán)情況下，可預測燃料電池在各種駕駛循環(huán)下的使用壽命。

　　現(xiàn)在，燃料電池汽車還沒有標準的駕駛循環(huán)。每輛車裝多大功率的電池，其動力構型是多裝燃料電池還是多裝蓄電池，沒有一定的標準。這也意味著不同配型的燃料電池在車上的輸出性能會不同，工況變化和變化頻率幅度都會不一樣。另外，同樣一輛車在不同時段、不同路段運行，駕駛循環(huán)也會不同。清華大學通過在實驗室把燃料電池在各個工況下的衰減率計算出來，然后重新組合出不同的駕駛循環(huán)。并計算不同駕駛循環(huán)下燃料電池的壽命是多少。

　　通過測試，清華大學的研究人員發(fā)現(xiàn)這種預測結果相當不錯。用同樣的燃料電池裝在車上計算衰減率和使用壽命，在一輛車上能跑2600小時，裝到另一輛車上跑1900小時。當然在實際測試中，這些車都沒有跑那么長時間，因為只試運行了一年，大約跑了1200小時就結束了。但是預測的性能衰減率與實際情況非常吻合。

 　　動態(tài)閉環(huán)調控技術 防止燃料電池水淹

　　清華大學的另一項研究是用動態(tài)閉環(huán)調控技術預防電堆故障，這是一種防止水淹的技術。

　　早些時候，清華大學的研究人員發(fā)現(xiàn)氫氣壓力降可以作為燃料電池水淹的判定條件，并研究出了壓力降精確計算公式。在正常情況下，實測壓力降與公式吻合，當出現(xiàn)水淹時，實測值明顯偏離公式計算值。

　　這個公式還可以用于燃料電池雙極板流場設計中。過去設計燃料電池流場所用的壓力降經(jīng)驗公式，與實際燃料電池工作中的壓力降差異較大，因為它沒有電流參數(shù)。

　　有了這個公式以后，就可以判斷出什么時候出現(xiàn)水淹現(xiàn)象，如果等壓力降到降到燃料電池已經(jīng)被水堵死，再去解決故障就很難了。

　　清華大學通過試驗又發(fā)現(xiàn)燃料電池從出現(xiàn)水淹，到被堵死之前，壓力降會有很明顯的平臺現(xiàn)象，而且持續(xù)時間很長。通過給燃料電池設置控制窗，可以在發(fā)現(xiàn)特定點的時候趕快進行處理，不等它進入平臺就可以進行調控，很好地防止燃料電池水淹。

　　基于這樣的理念，清華大學把動態(tài)閉環(huán)調控技術做成了一個專業(yè)軟件和控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)燃料電池的自動控制，防止燃料電池出現(xiàn)水淹。在實驗室的測試過程中，曾人為創(chuàng)造水淹情況，通過運用這個系統(tǒng)燃料電池很快就自動恢復到正常了。

 　　同步檢測燃料電池堆多片膜電極的多參數(shù)

　　過去，只能用線性電位掃描法和循環(huán)伏安法分別檢測單片膜電極的各參數(shù)，但是無法對電堆進行測試。如果對電堆使用循環(huán)伏安法，很難保證燃料電池的電壓呈線性上升，因為每節(jié)電流都不一致，會使得電壓升高率不一樣。

　　為了解決這個問題，清華大學研究出一套新技術——恒流充電解析法。在這個堆上每節(jié)電流都一樣，通過調制后，輸出來的電壓會帶有各節(jié)燃料電池膜電極的差異信息，通過這樣的差異就可以解析出各片膜電極的內在差異，得出相應的參數(shù)，包括催化劑活性面積、氫滲透電流、雙電層電容和阻抗。能一次把電堆每一節(jié)燃料電池的這四個參數(shù)都得到。測出來的催化劑活性面積，在不同充電電流下的波動幅度，比用循環(huán)伏安法在不同掃描速率下的波動范圍小得多，這種方法有明顯的優(yōu)勢。可用于對電堆一致性研究、組堆環(huán)節(jié)的膜電極篩選、檢查電堆內是否有膜穿孔等。

 　　高性能鋅空燃料電池

　　2013年12月29日，美國著名網(wǎng)站刊文“清華團隊開發(fā)出高功率密度鋅空燃料電池堆”，許多網(wǎng)站紛紛轉載。

　　為什么國外對清華的進展這么關注？鋅空燃料電池有許多優(yōu)點，但是國際上做出來的鋅空燃料電池功率密度一般都在每平方厘米100毫瓦以內，加拿大國家研究院用特種催化劑的情況下最高達到每平方厘米230毫瓦，而清華大學的研究團隊把這一數(shù)據(jù)提高到每平方厘米435毫瓦。研究成果發(fā)布后,最近又有同學把數(shù)值提升到450，可以說具有突破性。

　　以前清華大學的燃料電池公交車所使用的氫空燃料電池，功率密度是每平方厘米360毫瓦左右，而現(xiàn)在鋅空燃料電池的功率密度達到每平方厘米435毫瓦，說明它在未來有可能作為車用燃料電池。此外，清華大學在探索研究高性能長壽命的鋅空電池。