燃料電池車的主體結(jié)構(gòu)及保養(yǎng)方法
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-09 08:53
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燃料電池不僅可以解決鋰電池續(xù)航里程焦慮及快速補(bǔ)充能源的問題，還可以提升化學(xué)能轉(zhuǎn)化率及利用率，但卻受制于電池成本、氫氣儲(chǔ)存安全及加氫基礎(chǔ)設(shè)施三大因素，那么燃料電池汽車未來如何？
1、燃料電池結(jié)構(gòu)如何？
燃料電池主要有電極、電解質(zhì)膜和集電器三個(gè)部分組成，電極分為陽極和陰級(jí)，它是燃料發(fā)生氧化效應(yīng)和氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，其性能好壞取決于觸媒性能、電極材料和電機(jī)制程,設(shè)計(jì)以多孔結(jié)構(gòu)為主，以增加參與反應(yīng)的電極面積;
電解質(zhì)膜功能在于分隔氧化劑和還原劑，并傳導(dǎo)離子，因此在兼顧強(qiáng)度同時(shí)越薄越好，當(dāng)前技術(shù)厚度可達(dá)幾十毫米至幾百毫米不等，技術(shù)材質(zhì)上有兩個(gè)方向，其一是以石綿模、碳化硅膜、鋁酸鋰膜等絕緣材料制成多孔隔膜;其二是全氟磺酸樹脂及YSZ：集電器則是用于收集電流，其性能取決于材料設(shè)計(jì)、流場(chǎng)設(shè)計(jì)及加工技術(shù)（本文屬于原創(chuàng)，貓視汽車首發(fā)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明）。
2、燃料電池技術(shù)原理如何？
燃料電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能的裝置，通過供給劑系統(tǒng)輸入燃料氣體和氧化劑氣體，在電極發(fā)生陽極反應(yīng)、陰極反應(yīng)和電池反應(yīng)，然后通過電解質(zhì)膜傳送電離子給集電器產(chǎn)生電流，由電能控制系統(tǒng)導(dǎo)出電流，由排水系統(tǒng)導(dǎo)出水，因此燃料電池通常需要配備相應(yīng)的輔助系統(tǒng)才能工作，如反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電能控制系統(tǒng)及安全裝置等，其不同類別燃料電池反應(yīng)如下：
首先，氫氧燃料電池反應(yīng)原理為H2+1/2O2==H2O，陽極為1/2O2+H2O+2e-→2OH-，陰級(jí)為H2 +2OH-→2H2O +2e-;其次， PAFC電池反應(yīng)原理為：H2+1/2O2==H2O（3）,陽極為H2==2H++2e-（1）、陰極2H++1/2O2+2e-==H2O（2）；再者，MCFC電池反應(yīng)原理為H2+1/2O2==H2O（6），陽極則為H2+CO32-==H2O+CO2+2e-（4），陰極則為CO2+1/2O2+2e-==CO32-（5）；最后，SOFC電池反應(yīng)原理為H2+1/2O2==H2O（9），陽極則為H2+O2-==H2O+2e-（7），陰極則為1/2O2+2e-==O2-（8）；
3、燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域如何？
燃料電池最早應(yīng)用于軍事、空間及分散式發(fā)電廠，后期逐步擴(kuò)展到機(jī)動(dòng)車、移動(dòng)設(shè)備及家庭用電等民用領(lǐng)域，AFC主要為航天飛機(jī)提供動(dòng)力和飲用水，PEMFC用于交通動(dòng)力及小型電源裝置，PAFC則可作為中型電源商用，MCFC已完成工業(yè)試驗(yàn)階段，SOFC則是燃料電池研發(fā)方向，也是未來大規(guī)模清潔發(fā)電站的首選。
燃料電池被大眾所熟知，離不開能源政策及車企聯(lián)合推動(dòng)下的電動(dòng)汽車應(yīng)用，它在電池壽命、充氣速度、化學(xué)能轉(zhuǎn)化高效等方面優(yōu)勢(shì)，有效的解決鋰電池續(xù)航里程的問題，特斯拉電動(dòng)汽車目標(biāo)就是鋰電池和氫氧空氣電池結(jié)合的混合動(dòng)力汽車，其續(xù)航里程可達(dá)640公里，但是其在電池成本、氫氣儲(chǔ)存安全性及充氣基礎(chǔ)設(shè)施的不足明顯（本文屬于原創(chuàng)，貓視汽車首發(fā)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明）。
4、燃料電池汽車未來如何？
根據(jù)國際能源署展望，歐美日韓為了實(shí)現(xiàn)2度的溫控目標(biāo)，2050年燃料電池汽車保有量將達(dá)到1億臺(tái)，占比約30%，日韓車企已經(jīng)在2013-2016率先推出量產(chǎn)燃料電池汽車車型，歐美車企則預(yù)計(jì)在2018年推出量產(chǎn)燃料電池汽車車型，全球燃料電池汽車拐點(diǎn)將于2020-2025年出現(xiàn)。
我國燃料電池在2016-2020的發(fā)展可借鑒2009-2014鋰電池的發(fā)展路徑，技術(shù)由不成熟接近商用，成本有大幅下降的空間，產(chǎn)業(yè)推廣有示范運(yùn)行過渡到商業(yè)推廣，預(yù)計(jì)2017年的燃料電池汽車產(chǎn)銷量可達(dá)1000臺(tái)，到2020年保有量可達(dá)1.5萬臺(tái)，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模為60-70億元，包括電池、電機(jī)、電控、整車、氫瓶及上游的制氫基礎(chǔ)建設(shè)而迫在眉睫的情況是，我們2013年石油凈進(jìn)口已經(jīng)超過美國，世界第一，對(duì)外依存度達(dá)58.1%，其中70%的石油進(jìn)口要經(jīng)過南海和馬六甲海峽。再按這個(gè)模式發(fā)展下去，一旦國際形勢(shì)有點(diǎn)風(fēng)吹草動(dòng)……你懂的。所以我們沒那么多時(shí)間等到下一代新能源技術(shù)成熟后再轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)在就該做點(diǎn)什么減少對(duì)石油的依賴。而從我個(gè)人角度看，氫氣的制、存、用明顯比用電要復(fù)雜、危險(xiǎn)得多，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入也要大得多，遠(yuǎn)不如利用現(xiàn)有的電力系統(tǒng)來得簡(jiǎn)便。甚至如果采用低速電動(dòng)車的充電模式，只要家用空調(diào)插座即可，基本沒什么成本，不存在基礎(chǔ)設(shè)施問題。而電力來源比較廣泛，主力的火電、水電、核電，新興的風(fēng)能太陽能，都是在不斷發(fā)展，任一種發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步都會(huì)讓我們的電動(dòng)汽車跑得更歡。
至于提倡考慮新能源車性價(jià)比的觀點(diǎn)，我倒是非常贊同。借用系統(tǒng)建設(shè)中常用的采用“適度超前、先進(jìn)、可靠、優(yōu)化集成的技術(shù)和設(shè)備”的基調(diào)，具體的實(shí)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)區(qū)別于科研。
科研領(lǐng)域雖然有重點(diǎn)研究方向，但更應(yīng)該保持百花齊放的包容性，需要有形的手加以扶持，注重對(duì)各種技術(shù)路線前瞻性的探索，以盈利為輔。否則一旦研究方向過于集中，導(dǎo)致在其他技術(shù)路線上斷代太嚴(yán)重，會(huì)面臨抄作業(yè)都抄不來的尷尬。
而實(shí)體產(chǎn)業(yè)，尤其是站在全國的角度考慮升級(jí)換型，則應(yīng)慎重。應(yīng)發(fā)揮無形之手的特長，以盈利為主，用最少的社會(huì)資源創(chuàng)造最大的社會(huì)價(jià)值。我認(rèn)為的社會(huì)資源應(yīng)包括現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展水平及現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模投資的回報(bào)率，用市場(chǎng)化的手段找到現(xiàn)有資源投入與產(chǎn)出的最佳平衡點(diǎn)。否則決策失誤的后果就是大量產(chǎn)能報(bào)廢，造成社會(huì)財(cái)富的巨大浪費(fèi)，彎道超車就成了個(gè)笑話。這種重大的投資失敗，損失更是遠(yuǎn)超科研方向的錯(cuò)誤。畢竟實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的試驗(yàn)失敗還算可控，經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的投資失敗可沒那么多機(jī)會(huì)翻身。既然電池的技術(shù)路線之爭(zhēng)硝煙未散，我們不妨在方向較為清晰的方面做點(diǎn)工作。比如在電控系統(tǒng)、安全標(biāo)準(zhǔn)、資源回收再利用等方面進(jìn)行探索。無論哪種電池技術(shù)最后勝出，這些方面的成果也不會(huì)浪費(fèi)。甚至可以以新能源產(chǎn)業(yè)培育為試驗(yàn)田，嘗試一下有形之手與無形之手相互間配合的新思路。畢竟是新產(chǎn)業(yè)，搞砸了損失也會(huì)小點(diǎn)。如果能為其他方面的改革提供經(jīng)驗(yàn)，那就善莫大焉。
