探讨燃料电池的工作原理及优势

燃料电池工作原理及优势

燃料电池是一种能量转化装置，它是按电化学原理，即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。其实本质就是每个初中生都学过的电解水的逆反应，将氢的化学能转化为电能，而不是通过燃烧转化为机械能。

燃料电池的核心部件主要包括电堆、膜电极、双极板、质子交换膜、催化剂、气体扩散层。

氢燃料电池的最大优势就是环保，排放物为水，被誉为终结能源。

站在人类的燃料使用历史角度来看，发展的总体趋势就是一个“减碳加氢”的过程——能源载体从柴草到煤炭、到汽柴油、再到天然气，可以看到这些能源载体中的碳元素越来越少，氢元素越来越多。

如果按照这个趋势，全部使用氢能源当然是人类能源的终极目标。

第二个优势就是添加方便，当然这个优势是和充电设备比较的，加氢本质上和添加汽油道理和时间也差不多。

第三个优势是转换效率高，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100%,实际效率已达60%～80%,是普通内燃机热效率的2～3倍。

燃料电池推广存在的主要问题及应对

燃料电池目前在国内还是示范运营阶段，不具备大规模商业化的条件，主要有一些问题：

【1】造价昂贵

里面的主要核心部件造价昂贵，远远超过了锂电池车和燃油车。特别是贵金属铂需求量大，不过随着技术进步，丰田的技术已经将催化剂铂含量降低到燃油车的2倍左右。

至于其他的造价，需要的是放量，根据某企业的测算如果氢燃料电池汽车产能能达到百万辆级别的话是要低于锂电池汽车的。

【2】安全性

目前氢气的安全性主要来自于心理层面，国家对氢气采用的是危化品的管控，人们心中对氢气罐是很不放心的，没人敢带着一个随时爆炸的罐子上路。

其实按照丰田的实验，氢燃料电池安全性是高于燃油汽车的，碰撞甚至子弹射击对于氢气罐都没问题，极端情况下泄露起火的情况下由于氢气密度很低，逃逸性好，火迅速升到天空对车辆伤害和燃油车比起来小的多。这里只要做好普及工作，问题是不大的。

【3】氢气的来源和氢气站的建设

氢气的来源其实很简单的：化工行业的副产品和风水光伏电的弃电用来制氢。

给你个精确的数据，光氯碱工业每年以点天灯的形式释放的氢气就够1240万辆车行驶，四川省每年弃水电用来制氢可以满足275万辆车辆使用，2017年风电和光伏弃电量可供2000万辆以上氢能源汽车使用。所以这里氢气来源和成本应该问题不大。

目前有问题的是氢气站的建设，一个站得1000万以上的成本(不含土地)，太贵了，只能寄希望于两桶油来推动这事了。没有加氢站的大面积开建，燃料汽车根本没有普及的基础。

【4】燃料电池本身的技术问题

燃料本身也存在一些技术问题，包括单个燃料电池可以续航时间不多，虽然实验室阶段过了10000小时，但是商业化的还徘徊在5000小时左右，这个是不够的。

随着技术的进度，产业资本的涌入，上述问题随着时间的推移应该都能逐步解决，但是时间是多久谁也不知道。同时你在进步，你的竞品也在进步，现在就看谁进步的更快。

我们都知道，电动汽车在100多年前就能续航160公里，100多年后续航达到了400公里，后面会不会有突破，这个谁也说不好。

按照小鹏汽车的副总裁刘明辉博士的说法，5年后燃料汽车才能正面硬杠锂电池，所以这里就是把这些交给时间和市场。

国内外燃料电池的研发差距

1994年，奔驰公司率先研发出燃料电池汽车，上个世纪末，燃料电池技术领先的两大汽车公司，一个是德国的戴姆勒，另一个是美国的通用。

但是在奥巴马政府上台后，美国就暂停了对燃料电池的研发和关注。奥巴马政府对燃料电池的发展前景有较大的质疑，认为动力电池才是未来汽车动力源的主要方向，因此就把燃料电池的研发搁置了，后面两大汽车公司都半放弃了燃料电池技术的研发。

后面就形成了北美专业燃料电池厂商和日韩汽车厂商垄断这个行业，北美这块以巴拉德(NASDAQ:BLDP)、普拉格(NASDAQ:PLUG)和水吉能为代表。

巴拉德基本上是电堆做的最好的，也是燃料电池的典范。中国的技术很多都是走的这条路线，经过这些年学习也好、融合加自主创新也好，还是收购股权技术授权也好，中国的燃料电池技术和北美的差距已经不大了，主要衡量指标功率密度差距不大了。

这里未知的就是日韩技术。丰田虽然之前公开了很多专利来推广燃料汽车技术，但是核心还是在自己手里面;5月份总理去参观的生产线，正常情况是禁止参观的，这是一个燃料电池前辈亲口说的。

这里面就涉及到核心技术是中国人都不知道的，以中国人的模仿能力，但凡知道了了解了很快就能仿制甚至超越你。

但是不管怎么样，随着2018年几百亿的产业资本涌进来，技术突破只是时间的问题，前提是国家继续支持这个行业。