帶你了解燃料電池的歷史和分類，未來大有可為？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-06 17:16
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一、燃料電池介紹
燃料電池（FuelCell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池,電就被生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等,像一個蓄電池,但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。燃料電池的概念是1839年GroveGR提出的,至今已有大約160年的歷史。
具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應的“發(fā)電機”。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧氣）。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。
利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種“發(fā)電機”。
二、燃料電池分類
燃料電池的種類相當多而且分類的方式也各有不同，常用的分類方式是按電解質(zhì)性質(zhì)不同加以區(qū)分，有堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)。五類燃料電池輸出功率范圍、發(fā)電效率、優(yōu)缺點、應用領域都不盡相同。
質(zhì)子交換膜燃料電池是目前主流的燃料電池。從燃料電池各類技術產(chǎn)品出貨情況來看，2015年質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、直接甲烷燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池以及磷酸燃料電池出貨量占比分別為89.11%、7.54%、3.07%、0.14%和0.14%。從出貨系統(tǒng)容量占比情況來看，各類燃料電池出貨容量占比分別為52.44%、18.40%、0.06%、22.05%和7.00%。可見質(zhì)子交換膜燃料電池無論是電池數(shù)量還是發(fā)電容量上看都是主流的燃料電池技術。
三、燃料電池汽車發(fā)展
Marai與普通電動車相比在性能上有很大的優(yōu)勢。續(xù)航距離約700km，足夠普通家庭日常使用一周以上，是普通電動車的四到五倍，并且隨著行駛里程的加長，在系統(tǒng)成本上相對于普通電動車也將占優(yōu)勢。此外，加氫時間僅需3分鐘，最低啟動溫度可在零下30度，行駛過程中不排放二氧化碳。
豐田原計劃2015年在日本國內(nèi)銷售400輛、向海外出口300輛燃料電池汽車，主要銷往美國和歐洲。Marai發(fā)售后，在日本訂單超過3000輛，在美國約2000輛的訂單，遠超公司預期。為此豐田采取措施分階段提供Marai的產(chǎn)能，到2016年產(chǎn)能增至2000輛，2017年增至3000輛，并計劃2020年前全球范圍內(nèi)銷售總量達到3萬輛。
目前，儲氫問題及加氫站數(shù)量不足成為燃料電池乘用車發(fā)展的阻礙。目前加氫站在北美、歐洲、日本、中國、韓國和澳大利亞雖有分布，但全球在運總數(shù)不足300座，加之加氫站建設的投資和周期較長，很難實現(xiàn)快速布局。目前各國政府大力支持積極推進加氫站建設，其中美洲增速最快，歐洲數(shù)量最多，亞洲也在積極布局中。
燃料電池（FuelCell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池,電就被生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等,像一個蓄電池,但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。燃料電池的概念是1839年GroveGR提出的,至今已有大約160年的歷史。
具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應的“發(fā)電機”。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形成，現(xiàn)在正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。工作時向負極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧氣）。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應的逆過程。
利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種“發(fā)電機”。
二、燃料電池分類
燃料電池的種類相當多而且分類的方式也各有不同，常用的分類方式是按電解質(zhì)性質(zhì)不同加以區(qū)分，有堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)。五類燃料電池輸出功率范圍、發(fā)電效率、優(yōu)缺點、應用領域都不盡相同。
質(zhì)子交換膜燃料電池是目前主流的燃料電池。從燃料電池各類技術產(chǎn)品出貨情況來看，2015年質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、直接甲烷燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池以及磷酸燃料電池出貨量占比分別為89.11%、7.54%、3.07%、0.14%和0.14%。從出貨系統(tǒng)容量占比情況來看，各類燃料電池出貨容量占比分別為52.44%、18.40%、0.06%、22.05%和7.00%。可見質(zhì)子交換膜燃料電池無論是電池數(shù)量還是發(fā)電容量上看都是主流的燃料電池技術。
三、燃料電池汽車發(fā)展
Marai與普通電動車相比在性能上有很大的優(yōu)勢。續(xù)航距離約700km，足夠普通家庭日常使用一周以上，是普通電動車的四到五倍，并且隨著行駛里程的加長，在系統(tǒng)成本上相對于普通電動車也將占優(yōu)勢。此外，加氫時間僅需3分鐘，最低啟動溫度可在零下30度，行駛過程中不排放二氧化碳。
豐田原計劃2015年在日本國內(nèi)銷售400輛、向海外出口300輛燃料電池汽車，主要銷往美國和歐洲。Marai發(fā)售后，在日本訂單超過3000輛，在美國約2000輛的訂單，遠超公司預期。為此豐田采取措施分階段提供Marai的產(chǎn)能，到2016年產(chǎn)能增至2000輛，2017年增至3000輛，并計劃2020年前全球范圍內(nèi)銷售總量達到3萬輛。
目前，儲氫問題及加氫站數(shù)量不足成為燃料電池乘用車發(fā)展的阻礙。目前加氫站在北美、歐洲、日本、中國、韓國和澳大利亞雖有分布，但全球在運總數(shù)不足300座，加之加氫站建設的投資和周期較長，很難實現(xiàn)快速布局。目前各國政府大力支持積極推進加氫站建設，其中美洲增速最快，歐洲數(shù)量最多，亞洲也在積極布局中。
