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)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極。

無(wú)污染

燃料電池對(duì)環(huán)境無(wú)污染。它是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，而不是采用燃燒（汽、柴油）或儲(chǔ)能（蓄電池）方式－－最典型的傳統(tǒng)后備電源方案。燃燒會(huì)釋放象COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述，燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生的（光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等），整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過(guò)程。

無(wú)噪聲

燃料電池運(yùn)行安靜，噪聲大約只有55dB，相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝，或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。

高效率

燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能（發(fā)電機(jī)）的中間變換。

干電池、蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，是把電能貯存起來(lái)，需要時(shí)再釋放出來(lái)；而氫燃料電池嚴(yán)格地說(shuō)是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。另外，氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成，這是氫燃料電池的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面，還要對(duì)電池的化學(xué)反應(yīng)起催化作用。

航天領(lǐng)域

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

工作示意圖

工作示意圖[1]

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。

大型電站，無(wú)論是水電、火電或核電，都是把發(fā)出的電送往電網(wǎng)，由電網(wǎng)輸送給用戶。但由于各用電戶的負(fù)荷不同，電網(wǎng)有時(shí)呈現(xiàn)為高峰，有時(shí)則呈現(xiàn)為低谷，這就會(huì)導(dǎo)致停電或電壓不穩(wěn)。另外，傳統(tǒng)的火力發(fā)電站的燃燒能量大約有70%要消耗在鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)這些龐大的設(shè)備上，燃燒時(shí)還會(huì)消耗大量的能源和排放大量的有害物質(zhì)。而使用氫燃料電池發(fā)電，是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%～80%，而且污染少、噪音小，裝置可大可小，非常靈活。

氫的化學(xué)特性活躍，它可同許多金屬或合金化合。某些金屬或合金吸收氫之后，形成一種金屬氫化物，其中有些金屬氫化物的氫含量很高，甚至高于液氫的密度，而且該金屬氫化物在一定溫度條件下會(huì)分解，并把所吸收的氫釋放出來(lái)，這就構(gòu)成了一種良好的貯氫材料。

汽車應(yīng)用

20輛中國(guó)自主研制的氫燃料電池轎車在同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心舉行赴京發(fā)車儀式，它們將在奧運(yùn)

福田氫燃料電池客車

福田氫燃料電池客車[2]

會(huì)中投入運(yùn)營(yíng)。這20輛氫燃料電池轎車是基于大眾帕薩特領(lǐng)馭車型，通過(guò)改制和集成最新一代燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)而成功研發(fā)出來(lái)的。它們以氫氣為能源，經(jīng)氫氧化學(xué)反應(yīng)生成水，真正實(shí)現(xiàn)零污染。氫燃料電池轎車加一次氫可跑300多公里，時(shí)速達(dá)每小時(shí)140~150公里。氫燃料電池轎車比同類型內(nèi)燃機(jī)車重200多公斤，貴5倍以上。

氫燃料電池車的工作原理是：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），而電子是不能通過(guò)質(zhì)子交換膜的，這個(gè)電子，只能經(jīng)外部電路，到達(dá)燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達(dá)陰極板后，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。燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動(dòng)機(jī)供電，再經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)橋等帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)60~80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒(méi)有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源！

氫燃料電池車的優(yōu)勢(shì)毋庸置疑，劣勢(shì)也是顯而易見(jiàn)。隨著科技的進(jìn)步，曾經(jīng)困擾氫燃料電池發(fā)展的諸如安全性、氫燃料的貯存技術(shù)等問(wèn)題已經(jīng)逐步攻克并不斷完善，然而成本問(wèn)題依然是阻礙氫燃料電池車發(fā)展的最大瓶頸。氫燃料電池的成本是普通汽油機(jī)的100倍，這個(gè)價(jià)格是市場(chǎng)所難以承受的。

據(jù)悉，這批氫燃料電池車，最大輸出功率高達(dá)60千瓦，燃料消耗僅為每百公里1.2公斤氫氣，大約相當(dāng)于4升93號(hào)汽油。

英國(guó)政府將大力發(fā)展氫燃料電池汽車，計(jì)劃在2030年之前使英國(guó)氫燃料電池車保有量達(dá)到160萬(wàn)輛，并在2050年之前使其市場(chǎng)占有率達(dá)到30%-50%。政府將從2015年起實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車本土化生產(chǎn)，并自行研發(fā)相關(guān)技術(shù)，另外還將建設(shè)氫燃料補(bǔ)給站。[3]

目前豐田汽車公司已經(jīng)將燃料電池的成本大幅降低,整車價(jià)格控制在6.9萬(wàn)美元(40萬(wàn)人民幣),可提供100KW動(dòng)力輸出,續(xù)航能力達(dá)到700公里.并將在北美和日本本土上市,上市時(shí)間為2015年上半年.[4]

飛機(jī)應(yīng)用

工作原理

燃料電池（FuelCell），是一種發(fā)電裝置，但不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續(xù)充電，燃料電池正如其名，是繼續(xù)添加燃料以維持其電力，所需的燃料是“氫”，其之所以被歸類為新能源，原因就在此。燃料電池的運(yùn)作原理（如圖1），也就是電池含有陰陽(yáng)兩個(gè)電極，分別充滿電解液，而兩個(gè)電極間則為具有滲透性的薄膜所構(gòu)成。氫氣由燃料電池的陽(yáng)極進(jìn)入，氧氣（或空氣）則由陰極進(jìn)入燃料電池。經(jīng)由催化劑的作用，使得陽(yáng)極的氫分子分解成兩個(gè)質(zhì)子（proton）與兩個(gè)電子（electron），其中質(zhì)子被氧‘吸引’到薄膜的另一邊，電子則經(jīng)由外電路形成電流后，到達(dá)陰極。在陰極催化劑之作用下，質(zhì)子、氧及電子，發(fā)生反應(yīng)形成水分子，因此水可說(shuō)是燃料電池唯一的排放物。燃料電池所使用的“氫”燃料可以來(lái)自于水的電解所產(chǎn)生的氫氣及任何的碳?xì)浠衔铮缣烊粴狻⒓状肌⒁掖迹ň凭⒄託獾鹊取Ｓ捎谌剂想姵厥墙?jīng)由利用氫及氧的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流及水，不但完全無(wú)污染，也避免了傳統(tǒng)電池充電耗時(shí)的問(wèn)題，是目前最具發(fā)展前景的新能源方式，如能普及并應(yīng)用在車輛及其他高污染之發(fā)電工具上，將能顯著減輕空氣污染及溫室效應(yīng)。

氫燃料電池飛機(jī)

氫燃料電池飛機(jī)

時(shí)速百公里

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)。波音公司稱這在世界特種史上尚屬首次，預(yù)示特種工業(yè)未來(lái)更加環(huán)保。但波音承認(rèn)，這一技術(shù)不太可能為大型客機(jī)提供主要?jiǎng)恿Α?/p>

波音公司于2008年2月至3月3次在西班牙奧卡尼亞鎮(zhèn)進(jìn)行試飛氫燃料電池飛機(jī)，成功試飛具有歷史意義。小型飛機(jī)起飛及爬升過(guò)程使用傳統(tǒng)電池與氫燃料電池提供的混合電力。爬升至海拔1000米巡航高度后，飛機(jī)切斷傳統(tǒng)電池電源，只靠氫燃料電池提供動(dòng)力。飛機(jī)在1000米高空飛行了約20分鐘，時(shí)速約100公里。這一技術(shù)對(duì)波音公司意義重大，也讓特種工業(yè)的未來(lái)“充滿綠色希望”。

小型飛機(jī)由奧地利“鉆石”（Diamond）雙座螺旋槳?jiǎng)恿铏C(jī)改裝而成，飛機(jī)內(nèi)安裝了質(zhì)子交換膜燃料電池和鋰離子電池。小型飛機(jī)翼展16.3米，機(jī)身長(zhǎng)6.5米，重約800公斤，可容納兩人。試飛過(guò)程中，機(jī)上只有飛行員一人。

在機(jī)艙內(nèi)，傳統(tǒng)電池安放于唯一的乘客座位上，飛行員背后有一個(gè)類似潛水員使用的氧氣罐。波音公司說(shuō)，這架飛機(jī)連續(xù)飛行時(shí)間最長(zhǎng)45分鐘，“不會(huì)產(chǎn)生任何噪音”。氫燃料電池通過(guò)氫轉(zhuǎn)化為水的過(guò)程產(chǎn)生電流，不產(chǎn)生溫室氣體。除熱量外，水蒸氣是氫燃料電池產(chǎn)生的唯一副產(chǎn)品。

波音的氫燃料電池飛機(jī)帶來(lái)技術(shù)突破，但“波音（歐洲）研究與技術(shù)”部稱，。這一技術(shù)可能為大型飛機(jī)提供輔助動(dòng)力，但這需要技術(shù)突破。

技術(shù)局限性

在燃料價(jià)格上漲、環(huán)境污染與全球變暖的情況下，對(duì)更清潔、更安全、效率更高的交通工具的需求快速增長(zhǎng)。

波音的氫燃料電池飛機(jī)帶來(lái)技術(shù)突破，但波音（歐洲）研究與技術(shù)部負(fù)責(zé)人埃斯卡蒂說(shuō)，氫燃料電池可以為小型飛機(jī)提供飛行動(dòng)力，但不能為大型客機(jī)提供主要?jiǎng)恿Α?/p>

波音公司負(fù)責(zé)試飛工作的工程師涅韋斯·拉佩納說(shuō)，這一技術(shù)可能為大型飛機(jī)提供輔助動(dòng)力，但這需要技術(shù)突破。波音公司說(shuō)，將繼續(xù)開(kāi)發(fā)氫燃料電池的潛力，以改善環(huán)境。

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)說(shuō)，推廣使用氫氣和氫燃料電池，可減少石油、天然氣、煤炭這三種可產(chǎn)生溫室氣體的能源消耗。