燃料电池原理"微生物燃料电池原理"

氢燃料电池

氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。

存在优势

无污染

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。

燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。

如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

无噪声

燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。

高效率

燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。

应用领域

20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的"阿波罗"飞船就工作示意图安装了这种体积小、容量大的装置。

进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。

大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。

但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低谷，这就会导致停电或电压不稳。

另外，传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。

而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60%~80%，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。

氢的化学特性活跃，它可同许多金属或合金化合。

某些金属或合金吸收氢之后，形成一种金属氢化物，其中有些金属氢化物的氢含量很高，甚至高于液氢的密度，而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解，并把所吸收的氢释放出来，这就构成了一种良好的贮氢材料。

随着制氢技术的发展，氢燃料电池离我们的生活越来越近。到那时，氢气将像煤气一样通过管道被送入千家万户，每个用户则采用金属氢化物的贮罐将氢气贮存起来，然后连接氢燃料电池，再接通各种用电设备。

它将为人们创造舒适的生活环境，减轻繁重的生活事务。但愿这种清洁方便的新型能源--氢燃料电池早日在人们日常生活中。

神秘的电堆长什么模样

电堆组成构件

电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。

单体电池是由将双极板与膜电极(MEA-催化剂、质子交换膜、碳纸/碳布)组成。

若干单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。

1.双极板

双极板是由极板和流场组成。主要作用是气体分配、集流、导热和密封。

双极板是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。

双极板材质主要是石墨或者合金。通常由石墨板材料制作，石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道，其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。

2.质子交换膜

质子交换膜作为电解质，起到传导质子，隔离反应气体的作用。

在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。

质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，它的好坏也直接影响电池的使用寿命。

3.碳纸/碳布

气体扩散层GDL通常由碳纸或者碳布组成，主要起到传质，导电，传热，支持催化层，导水的作用。

4.催化剂

作为氢燃料电池反应关键，催化层是由催化剂和催化剂载体形成的薄层。催化剂主要采用Pt/C,Pt合金/C，载体材料主要是纳米颗粒碳、碳纳米管、碳须等。

对材料要求导电性好，载体耐蚀，催化活性大。

在原理上相当于水电解的“逆”装置。

阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。

电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

阳极（负极）： 2H2 →4H+ + 4e-

阴极（正极）： O2 + 4H+ + 4e- →2H2O

由于质子交换膜只能传导质子，因此氢离子（即质子）可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。

以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。

14家锂电企业跨界燃料电池

氢能源首次写入政府工作报告让这一行业成为大家关注的焦点。燃料电池发展将掀起一轮能源革命，氢将取代一部分石油成为能源体系中的重要一环，未来氢燃料电池市场规模可达万亿级别。

其实早在两会前，国内已有多家化工，能源，锂电，汽车等企业在提前布局燃料电池产业，今天梳理一下锂电行业跨界燃料电池的企业，据统计，包括宁德时代，比亚迪，雄韬股份，超威等超过14家锂电企业正在向氢燃料电池跨界。

1. 宁德时代

2018年3月，宁德时代发布首次公开发行股票并在创业板上市招股说明书，募资42亿元用于新能源乘用车动力电池、新能源商用车动力电池、储能电池、下一代电池研发等，包括全固态锂电池、锂金属空气电池、氢燃料电池等。

2018年6月，工信部发布《新能源汽车推广应用推荐车型目录》（2018年第6批）。其中搭载宁德时代燃料电池系统的宇通牌ZK6125FCEVG3燃料电池城市客车入选。该款车型的燃料电池系统额定功率30.5kW，峰值功率31kW，支持续航里程（等速法）110km（氢系统不工作），500km（氢系统工作）。

2. 比亚迪

2018年5月比亚迪宣布与美国混合动力公司合作研发氢燃料电池客车，推翻了此前坚决研发锂电池的决定。短短两年时间，比亚迪就转变发展思路，将燃料电池的研发提上日程。

3. 雄韬股份

2017年雄韬股份发布燃料电池战略规划，将之视为公司未来发展重要方向。同年主要负责集团的氢能相关业务的子公司雄韬氢雄问世。

目前，已完成制氢、膜电极、催化剂、燃料电池电堆、燃料电池发动机系统、整车运营、加氢站等氢能产业链关键环节布局，基本形成产业链，并相继在武汉、大同投建投资115亿元、30亿元燃料电池产业园。

4. 超威

2013年，超威邀请日本丰田中央研究所技术团队成员展开燃料电池技术调研及基础研究；2016年，超威携手国家电网、上汽集团加入美国能源部和斯坦福大学的能源3.0项目平台，接受相应燃料电池项目指导；2019年1月，超威与上海动力签署燃料电池汽车联合开发协议，加速推进超威商用燃料电池汽车的产业化。

5. 银隆新能源

2017年1月，银隆新能源与巴拉德签订初步设备销售协议，计划将燃料电池发动机集成到新的电池混合配置中提高能量密度和功率密度。

同年11月，时任银隆新能源电池研究院副总工程师詹世英博士对外表示，银隆新能源已开发出氢燃料电池＋钛酸锂总成原型车，续航里程超400km。

6. 东旭光电

2017年3月，东旭光电作价30亿元（发行股份及支付现金）购买上海辉懋持有的申龙客车100％股权，切入新能源领域。

2018年4月，申龙客车启动燃料电池巴士量产；2019年1月，申龙客车氢燃料电池公交车中标张家口公交车辆采购项目，中标车型为11.5－12米氢燃料电池带空调城市公交车，中标金额8856万元，预计首批将签订30辆订单，将服务于北京－张家口冬奥会。

7. 尤夫股份

2017年尤夫股份以自有资金人民币1.125亿元，增资武汉众宇。增资完成后尤夫股份持有武汉众宇25％股权。

武汉众宇主营燃料电池系统及氢能相关技术，申报并取得燃料电池相关专利16项，与东风扬子江汽车公司、东风特汽专用车公司等知名汽车厂商合作密切。

8. 猛狮科技

2017年1月，猛狮科技以自有资金竞购中电海康、中国电子科技转让的上燃动力51.01％股权，底价合计4869.12万元。2018年9月，猛狮科技作价6000万元，向长城控股转让所持上燃动力51％股权。

2018年6月，猛狮科技与美国康奈尔大学能源材料研究中心拟联合建设康奈尔大学能源材料研究中心（中国）项目，进行氢燃料电池技术路线研究，推动氢燃料电池汽车尽快产业化。

9. 凯恩股份

2017年6月，凯恩股份宣布将以自有资金出资1000万元与中洋新能（天津）科技合伙企业（有限合伙）、霍尔果斯万木隆股权投资有限公司、北京湖商智本投资有限公司和洲际新能科技有限责任公司，共同投资设立第一氢电科技有限公司，占第一氢电注册资本10％。

10. 先导智能

2018年7月，先导集团燃料电池装备制造项目落地江苏无锡，项目一期涉及氢燃料电池装备研发及产业化，计划年产200台套燃料电池装备等，二期规划氢燃料电池汽车配套设施的研发及产业化项目，切入制氢、储氢等细分领域。

2019年的日本氢能和燃料电池展会上，先导智能展出旗下燃料电池整线解决方案，包括涂层干燥设备、热压机、堆叠装配线、燃料电池测试平台等。

11. 浩能科技

2019年1月，科恒股份在投资者互动平台表示，浩能科技已具备成熟的燃料电池涂布技术，已签订4条氢燃料电池涂布机订单。此外，浩能科技产出的氢燃料电池质子交换膜涂布设备已成功销售多台，与国外客户的合作也在洽谈中。

12. 星云科技

2018年9月，星云股份全资子公司星云智能正式推出首条燃料电池膜电极处理自动装配线，整线采用倍速链系统及线体总线控制进行控制连续使用。

2019年1月，星云股份在互动平台表示首条燃料电池膜电极处理生产线已确认产品销售收入。同年2月的日本氢能和燃料电池展会上，星云股份展出上述设备产品。

13. 新宙邦

2018年8月，新宙邦宣称控股子公司福建海德福投资10亿元，建设年产15000吨高性能氟材料项目，延伸与完善氟化工产业链，重点拓展以四氟乙烯为原料的含氟精细化学品、高端氟材料，并切入燃料电池材料产业。

14. 中材科技

2017年10月，中材科技对外表示已具备量产35Mpa高压储氢气瓶能力，将主要聚焦公交大巴车及物流车等领域。

2019年3月，日本氢能和燃料电池展上，中材科技展出70Mpa/66L车用燃料电池氢气瓶、35Mpa/320L车用燃料电池氢气瓶（单瓶最大容积）、大口径复合材料储氢运气单元及系统（模型）、氢燃料无人机及系统等产品。

说明：资料来自中国动力600482、Hydrogen海之爵，由焉知汽车新能源编辑整理，转载请注明来源

★~★