燃料電池的用途有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-24 09:59
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燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，它是按電化學(xué)原理,即原電池工作原理，等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因而實(shí)際過程是氧化還原反應(yīng)。燃料電池主要由四部分組成,即陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路。燃料氣和氧化氣分別由燃料電池的陽極和陰極通入。燃料氣在陽極上放出電子，電子經(jīng)外電路傳導(dǎo)到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子。離子在電場作用下，通過電解質(zhì)遷移到陽極上，與燃料氣反應(yīng)，構(gòu)成回路,產(chǎn)生電流。
以燃料電池為供能系統(tǒng)的思路，其實(shí)早在上世紀(jì)60年代就開始應(yīng)用了。只不過這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)只應(yīng)用在航天領(lǐng)域，在太陽能電池板還未出現(xiàn)的時(shí)候，燃料電池是載人航天、衛(wèi)星運(yùn)行等航天任務(wù)中唯一的供能手段。相比蓄電池龐大的體積和較低的儲(chǔ)能密度，燃料電池系統(tǒng)具備輕便、靈活、供能效率高的特點(diǎn)。
由于燃料電池結(jié)構(gòu)和發(fā)電原理的特殊性，燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率（燃料——電能）接近100%，是迄今為止熱效率最高的發(fā)電單元。隨著燃料電池技術(shù)的不斷成熟，如今這項(xiàng)黑科技開始投放民用市場。早在1992年，豐田公司便開始著手研發(fā)可供車用的燃料電池系統(tǒng)，1996年，豐田成功研制并發(fā)布了首款燃料電池汽車FCEV。
航天級(jí)技術(shù)、出色的熱效率、小巧的體積和超輕的重量，這一切都滿足汽車工程師們所追求的"輕量化"目標(biāo)。既然燃料電池這么厲害，那么按照一分價(jià)錢一分貨的原理，它一定很貴吧。誠然，在航空航天領(lǐng)域，由于每個(gè)零部件都是定制化生產(chǎn)，單個(gè)零部件的成本相當(dāng)高，因此航天器上的燃料電池系統(tǒng)自然很貴。
但在量產(chǎn)車身上，任何零部件全部都是大批量流水線作業(yè)生產(chǎn)，單個(gè)配件成本相當(dāng)?shù)?。并且由于不必考慮種種太空環(huán)境，整個(gè)系統(tǒng)的配件也不必采用貴重金屬和其他材質(zhì)生產(chǎn)，因此民用車級(jí)別的燃料電池系統(tǒng)造價(jià)并不昂貴，甚至還低于一些主流廠家的中低端四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。至于燃料電池會(huì)不會(huì)過于精密以至于它可靠性有不足的問題，大家更不必?fù)?dān)心。
航天級(jí)的技術(shù)普遍有一個(gè)共性——可靠性必須特別高。尤其是重中之重的能源供應(yīng)系統(tǒng)，更是不能出現(xiàn)絲毫問題。燃料電池系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初的思路就是利用最簡單、小巧緊湊的結(jié)構(gòu)發(fā)揮最大功能。因此燃料電池的結(jié)構(gòu)完全談不上精密，只要汽車廠家能夠把內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)工藝吃透，制造出合格的燃料電池輕而易舉，可靠性？混過太空的家伙，地面上算個(gè)啥？
燃料電池由于結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，具備內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)難以達(dá)到的輕量化和小型化優(yōu)勢(shì)（同等熱效率下）。以氫能源燃料電池為例，豐田所生產(chǎn)的燃料電池系統(tǒng)早已比自家的內(nèi)燃機(jī)輕巧，裝在A級(jí)車?yán)锔静伙@擁擠。另外，燃料電池系統(tǒng)還具備內(nèi)燃機(jī)難以達(dá)到的熱效率，這意味著在燃燒同等熱值燃料的情況下，燃料電池可以提供比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)更多的能量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
除了節(jié)能外，燃料電池還具備零污染排放的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)即便在國六排放標(biāo)準(zhǔn)下，依然會(huì)排放出大量的二氧化碳、一氧化碳和其它顆粒物。但燃料電池所使用的氫氣在燃燒后只會(huì)產(chǎn)生純凈水。這意味著燃料電池?fù)碛袃?nèi)燃機(jī)難以比擬的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，不僅燃料環(huán)保可再生，排放物同樣無污染甚至可以飲用。
第4， 燃料電池汽車的充能時(shí)間較短。大家都知道現(xiàn)在的新能源純電動(dòng)汽車存在通病——續(xù)航里程短、充電時(shí)間長。充電半小時(shí)，空調(diào)五分鐘可能是對(duì)充電式純電動(dòng)車的戲謔，但這在一定程度上也反映出了它們的瓶頸。燃料電池汽車就不存在這些問題，它們的充能方式和燃油車一樣，幾分鐘就可以加滿一罐氣，然后開開心心上路，沒有里程焦慮才能享受駕駛的樂趣。
但燃料電池也有不足。制約著人類無法大規(guī)模使用燃料電池的重要原因就是燃料的制備、運(yùn)輸、貯存方式還不夠完全安全可靠。成本高、加氣站少等問題，都讓廠家們不敢推廣燃料電池汽車，畢竟離開了燃料，燃料電池汽車就成了一堆廢鐵，無法上路行駛。因此，想要無憂無慮地開上燃料電池汽車還需時(shí)日，當(dāng)燃料生產(chǎn)至成品銷售環(huán)節(jié)漸漸成熟，燃料電池汽車必定對(duì)掀起一場交通工具的能源革命。
國內(nèi)相關(guān)企業(yè)快速布局氫燃料電池產(chǎn)業(yè)，雖然部分環(huán)節(jié)如增濕器、氫循環(huán)裝置等仍然缺乏相關(guān)企業(yè)，但是產(chǎn)業(yè)鏈聚集的速度正不斷加快，并趨于完善，國內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)獲得了快速發(fā)展，特別是在汽車領(lǐng)域發(fā)展迅速，帶動(dòng)了區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群的形成，形成了京津冀、華東、華南（佛山-云?。?、華中（武漢）四個(gè)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)集群，并圍繞當(dāng)?shù)匮邪l(fā)情況及工業(yè)基礎(chǔ)形成了各自的產(chǎn)業(yè)配套及商業(yè)應(yīng)用模式。
