看上去很美的氫燃料電池為什么仍未被大范圍應(yīng)用于汽車(chē)呢？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-27 12:39
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因?yàn)楣ぷ鞯年P(guān)系，我們接觸到一個(gè)從事氫燃料電池研發(fā)20多年的客戶(hù)需要進(jìn)行融資，使我有機(jī)會(huì)接觸到這個(gè)技術(shù)。
其實(shí)氫燃料電池已不是什么全新的技術(shù)，20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。
進(jìn)入70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進(jìn)的制氫技術(shù)，很快，氫燃料電池就被運(yùn)用于發(fā)電和汽車(chē)。波音公司于2008年4月3日成功試飛氫燃料電池為動(dòng)力源的一架小型飛機(jī)。
豐田汽車(chē)公司已推出氫燃料電池汽車(chē)，并將在2015年上半年上市。氫燃料電池技術(shù)是未來(lái)改變?nèi)祟?lèi)生活的十大新技術(shù)之一，將成為解決石油危機(jī)的新途徑。
那么氫燃料電池是什么工作原理呢？
氫燃料電池基本工作原理是將氫氣送到燃料電池的陽(yáng)極板（負(fù)極），經(jīng)過(guò)催化劑（鉑）的作用，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來(lái)，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板（正極），與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。
由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽(yáng)極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲(chǔ)能，確切的講應(yīng)該稱(chēng)為氫發(fā)電裝置。
這么好的東東，為何不能大范圍應(yīng)用呢？
1. 氫氣的來(lái)源問(wèn)題。氫氣不像氮?dú)夂脱鯕馐强諝庵械淖钪饕M成因素，想得到氫氣可以通過(guò)電解水，但這可是個(gè)不太經(jīng)濟(jì)的方法，能量損失極大！你想，先從電解水開(kāi)始，耗費(fèi)電能，產(chǎn)生氫氣，氫氣再發(fā)電過(guò)程中還會(huì)有能量損失；電解水的電現(xiàn)在也是以煤電為主發(fā)出來(lái)的吧，燒煤發(fā)電也會(huì)有能量損失。
2. 金屬鉑的稀缺。在氫燃料電池發(fā)電的過(guò)程中會(huì)用到金屬鉑作為催化劑。這種金屬就是咱結(jié)婚買(mǎi)戒指那個(gè)比24K金更貴的那個(gè)鉑，它少啊，它貴啊，那么大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料電池，這個(gè)鉑就是瓶頸，完全沒(méi)有規(guī)?；蟪杀緶p少的效應(yīng)，反而需求越多越貴，這可怎么辦好？
3. 氫氣的安全性。有人說(shuō)帶著氫氣瓶就像帶個(gè)氫彈，到底這個(gè)氫氣瓶會(huì)不會(huì)爆炸?。繗錃馐亲钶p的氣體，它的擴(kuò)散性極強(qiáng)，氫的擴(kuò)散系數(shù)比空氣大3.8倍，比汽油大7.5倍，由此可以證明氫比汽油安全是有根據(jù)的。所以少量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快被稀釋成安全的混合氣。氫氣的比重小，易向上逃逸，這使得事故時(shí)氫氣的影響范圍要小得多。
氫燃料電池有多大的市場(chǎng)潛力？
這個(gè)是我想和大家探討的問(wèn)題，我認(rèn)為如果解決了上面討論的幾個(gè)瓶頸，市場(chǎng)潛力是巨大的，別說(shuō)飛機(jī)了，單純是汽車(chē)市場(chǎng)也是大得了不得，但短期內(nèi)正如混合動(dòng)力汽車(chē)或純電動(dòng)汽車(chē)一樣，大規(guī)模應(yīng)用需要很多配套，大家動(dòng)動(dòng)腳趾頭也能想到可能遇到的困難。
所以對(duì)于氫燃料電池的應(yīng)用，個(gè)人認(rèn)為我們那個(gè)客戶(hù)對(duì)市場(chǎng)分析的角度更合理，就是應(yīng)急電源及小動(dòng)力電源，大家看到災(zāi)區(qū)受災(zāi)時(shí)特別是冬天的時(shí)候沒(méi)有電的種種不便了吧。
氫燃料電池應(yīng)急電源因體積小，方便救援飛機(jī)投放，可以從空中投放到受災(zāi)地區(qū)。它不但可以照明，更可以作為充電設(shè)備，只要配備了足夠的氫氣，就可以當(dāng)作是個(gè)小發(fā)電站，有了電，生活問(wèn)題就大部分都能解決了。未來(lái)規(guī)模更大后作為小區(qū)的應(yīng)急電源或常態(tài)的供電方式，前途不可限量。現(xiàn)在醫(yī)院、電信基站、銀行都需要應(yīng)急電源，雖然這個(gè)市場(chǎng)不像汽車(chē)那么sexy，但也扎實(shí)可靠。
清潔能源技術(shù)總是那么吸引人，因?yàn)榇蠹倚牡桌锒加心莻€(gè)美好的愿望可以保護(hù)我們這個(gè)地球吧，不知道需要多少年才能最后實(shí)現(xiàn)，但大家的關(guān)注就是推動(dòng)力量啊。拋磚引玉，期望能和大家多討論。
其實(shí)氫燃料并不是個(gè)什么新發(fā)明，早在半個(gè)世紀(jì)前氫能就應(yīng)用于航天領(lǐng)域了，隨著人們不斷地掌握多種先進(jìn)的制氫技術(shù)，氫燃料電池被運(yùn)用于發(fā)電、汽車(chē)、航空等領(lǐng)域。
讓企業(yè)猶豫不決的，是其高昂的成本，除此之外，技術(shù)的可靠性更是關(guān)鍵原因。為此，我們采訪了眾宇動(dòng)力副總經(jīng)理李九鼎先生，對(duì)氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行詳盡的了解。
Q：氫燃料電池為什么是被看好的21世紀(jì)新能源之一，氫燃料電池與鋰電池相比，到底有哪些優(yōu)勢(shì)？
A：氫能在無(wú)人機(jī)、汽車(chē)、工廠、住宅供電等方面都有著極大的需求和應(yīng)用前景，甚至在未來(lái)有望取代現(xiàn)有石油經(jīng)濟(jì)體系，進(jìn)入“氫經(jīng)濟(jì)”時(shí)代，成為人類(lèi)生活必不可少的能源。主要有幾大優(yōu)點(diǎn)：
一是高效能：其發(fā)電效率通常能達(dá)到32%至70%。以民用無(wú)人機(jī)為例，目前市面上的多旋翼無(wú)人機(jī)主要采用鋰聚合物電池作為主要?jiǎng)恿?，續(xù)航能力一般在20 分鐘至30分鐘之間，因技術(shù)方面不同有所差別，大部分續(xù)航時(shí)間都是在45分鐘以?xún)?nèi)；而氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的旋翼機(jī)，續(xù)航時(shí)間超過(guò)4.5小時(shí)。
解讀氫燃料電池：前景廣闊 商業(yè)化之路并不遠(yuǎn)
二是環(huán)保：燃料電池的排氣是水蒸氣，對(duì)環(huán)境的影響可忽略不計(jì)。隨著全球工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，化石燃料消耗量日益增長(zhǎng)，環(huán)境污染問(wèn)題也越來(lái)越受到關(guān)注，氫能有望成為清潔燃料的替代品。
三是安全：氫氣是最輕的、逃逸性最強(qiáng)的燃料，很難聚集；燃料電池工作的整個(gè)過(guò)程溫度在80C以下，沒(méi)有燃燒過(guò)程；海拔3000m以下，對(duì)燃料電池性能影響微乎其微。
Q：那氫燃料電池的工作原理是什么？
A：氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陰極和陽(yáng)極，氫在陽(yáng)極變成氫離子（質(zhì)子）通過(guò)電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陰極，同時(shí)放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極，與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水。
氫燃料電池的基本結(jié)構(gòu)和基本燃料電池的結(jié)構(gòu)相同包括：電極、電解質(zhì)隔膜與集電器等。
電極是燃料氧化和還原的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，可分成陰極與陽(yáng)極兩部分。電解質(zhì)隔膜的功能是分隔氧化劑與還原劑并同時(shí)傳導(dǎo)離子。目前燃料電池所采用的電解質(zhì)隔膜可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)為以絕緣材料制作多孔隔膜，例如石棉膜、碳化硅膜和鋁酸鋰膜等，再將電解液，例如氫氧化鉀、磷酸和熔融碳酸鹽等，浸入多孔隔膜：另一類(lèi)電解質(zhì)隔膜為固態(tài)離子交換膜，例如質(zhì)子交換膜燃料電池中采用的全氟磺酸樹(shù)脂膜。集電器也稱(chēng)做雙極板，它只有收集電流、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體及分隔氧化劑與還原劑的作用；雙極板的性能取決于材料特性、流場(chǎng)設(shè)計(jì)與加工技術(shù)。
由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽(yáng)極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲(chǔ)能，確切的講應(yīng)該稱(chēng)為氫發(fā)電裝置。
