​一文弄明白氢燃料电池

一文弄明白氢燃料电池

新型氢燃料电池与系统，图源大连新源动力

今年8月，据央视中国之声《隐形冠军》报道称，辽宁大连的一家氢燃料电池生产企业，通过自主研发打造出具有零下40℃无损冷启动、集成化小体积等业内领先优势的新型超级氢燃料电池。

报道称，新产品采用自增湿、低铂、高性能膜电极匹配超薄金属双极板的设计，单电池厚度减少了20%，整体体积缩小大约三分之一，制造成本降低了30%。但功率提升了33%，寿命提升了100%，拥有超过2万小时的使用寿命，达到国际领先水平。

氢燃料电池原理是什么？有什么优势？主要应用在哪些领域？本文将围绕这些问题对氢燃料电池进行介绍。

构成和原理

氢能，作为来源丰富、绿色低碳的新型能源，是我国能源结构转型和实现可持续发展的重要一环。氢燃料电池，是一种通过化学反应来利用氢能的发电装置，工作过程中只生成水，实现了真正意义的零排放。相比传统燃烧燃料的方法，氢燃料电池有着更高的能源转化效率和更低的排放，成为未来环保能源的重要技术之一。

氢燃料电池主要由燃料电池电堆和燃料电池系统其他部分（包括空压机、增湿器、氢循环泵、氢瓶等多个组件）构成。而电池电堆又是燃料电池的核心部分，包含催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板，以及其他结构件的集流板、密封件、端板等各种部件。其中，电堆所占的成本就约占燃料电池系统成本的65%。其基本原理是利用氢气和氧气在电极上发生氧化还原反应，从而产生电能。该反应式如下：

2H2+O2→2H2O+2e-

其中，氢气在阳极上被氧化成离子和电子，而氧气在阴极上被还原成水。离子通过电解质传递到阴极，电子则通过外部电路传递到阳极，形成电流。由于氧化还原反应产生的电位差，电流可以用于驱动外部电路和设备。

氢燃料电池的特点

与传统能量转换技术相比，氢燃料电池技术拥有诸多优势，因而其有巨大的应用前景。

氢燃料电池的主要优势如下

1、无污染

氢燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的（光伏电池板、风能发电等），整个循环就是彻底地不产生有害物质排放的过程。

2、噪声小

氢燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。

3、高效率

氢燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。

4、原料充足

氢燃料电池采用氢气作为燃料。尽管氢气在自然界中不以游离态的形式存在，但是可以利用本土现有的能源（可再生能源、核能、生物能、煤，或者天然气）通过水电解过程，或者碳氢化合物重整制得。这可以在很大程度上降低对外部石油能源的依赖。

氢燃料电池的应用

氢燃料电池，是一种能高效利用氢能的发电装置，在全球碳达峰、碳中和的可持续发展背景下，具有极大的应用前景。氢燃料电池主要应用领域如下：

1、交通运输：氢燃料电池汽车已经商业化推广，它们可以提供零排放、长续航和快速加注等优点，成为一种具有潜力的清洁能源汽车。

2、电力和能源储存：氢燃料电池可以作为一种能源储存方式，平衡能源供需，并提供可再生能源的储存解决方案。此外，氢燃料电池也可以直接生成电力，用于家庭和工业用电。

3、航空航天：氢燃料电池可以提供清洁高效的动力源，因此被广泛应用于卫星、宇宙飞船和无人机等领域。

4、军事应用：氢燃料电池可以为装备提供独立的、静音的、可持续的电力源，被广泛应用于无人机、侦察车、便携式电力设备等领域。

5、其他应用：氢燃料电池还可以应用于移动通讯、紧急救援、深海探测、矿山和油田等环境恶劣的场合，为人们提供高效、可靠、环保的能源解决方案。

据了解，交通领域是氢能应用的重要领域、先导领域，受到多国高度重视。目前我国已经初步掌握氢燃料电池及其关键零部件、动力系统、整车集成和氢能基础设施等核心技术，基本形成氢气制备、储运、加注、燃料电池、应用等完整的产业链，但在液氢、加注设备、燃料电池基础材料和关键零部件方面与国外最高水平相比仍有一定差距。

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资料来源：

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