燃料電池工作原理及優(yōu)勢(shì)

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。其實(shí)本質(zhì)就是每個(gè)初中生都學(xué)過的電解水的逆反應(yīng)，將氫的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，而不是通過燃燒轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

燃料電池的核心部件主要包括電堆、膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層。

氫燃料電池的最大優(yōu)勢(shì)就是環(huán)保，排放物為水，被譽(yù)為終結(jié)能源。

站在人類的燃料使用歷史角度來看，發(fā)展的總體趨勢(shì)就是一個(gè)“減碳加氫”的過程——能源載體從柴草到煤炭、到汽柴油、再到天然氣，可以看到這些能源載體中的碳元素越來越少，氫元素越來越多。

如果按照這個(gè)趨勢(shì)，全部使用氫能源當(dāng)然是人類能源的終極目標(biāo)。

第二個(gè)優(yōu)勢(shì)就是添加方便，當(dāng)然這個(gè)優(yōu)勢(shì)是和充電設(shè)備比較的，加氫本質(zhì)上和添加汽油道理和時(shí)間也差不多。

第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是轉(zhuǎn)換效率高，燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率在理論上可達(dá)100%,實(shí)際效率已達(dá)60%～80%,是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的2～3倍。

燃料電池推廣存在的主要問題及應(yīng)對(duì)

燃料電池目前在國內(nèi)還是示范運(yùn)營階段，不具備大規(guī)模商業(yè)化的條件，主要有一些問題：

【1】造價(jià)昂貴

里面的主要核心部件造價(jià)昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋰電池車和燃油車。特別是貴金屬鉑需求量大，不過隨著技術(shù)進(jìn)步，豐田的技術(shù)已經(jīng)將催化劑鉑含量降低到燃油車的2倍左右。

至于其他的造價(jià)，需要的是放量，根據(jù)某企業(yè)的測(cè)算如果氫燃料電池汽車產(chǎn)能能達(dá)到百萬輛級(jí)別的話是要低于鋰電池汽車的。

【2】安全性

目前氫氣的安全性主要來自于心理層面，國家對(duì)氫氣采用的是危化品的管控，人們心中對(duì)氫氣罐是很不放心的，沒人敢?guī)е粋€(gè)隨時(shí)爆炸的罐子上路。

其實(shí)按照豐田的實(shí)驗(yàn)，氫燃料電池安全性是高于燃油汽車的，碰撞甚至子彈射擊對(duì)于氫氣罐都沒問題，極端情況下泄露起火的情況下由于氫氣密度很低，逃逸性好，火迅速升到天空對(duì)車輛傷害和燃油車比起來小的多。這里只要做好普及工作，問題是不大的。

【3】氫氣的來源和氫氣站的建設(shè)

氫氣的來源其實(shí)很簡(jiǎn)單的：化工行業(yè)的副產(chǎn)品和風(fēng)水光伏電的棄電用來制氫。

給你個(gè)精確的數(shù)據(jù)，光氯堿工業(yè)每年以點(diǎn)天燈的形式釋放的氫氣就夠1240萬輛車行駛，四川省每年棄水電用來制氫可以滿足275萬輛車輛使用，2017年風(fēng)電和光伏棄電量可供2000萬輛以上氫能源汽車使用。所以這里氫氣來源和成本應(yīng)該問題不大。

目前有問題的是氫氣站的建設(shè)，一個(gè)站得1000萬以上的成本(不含土地)，太貴了，只能寄希望于兩桶油來推動(dòng)這事了。沒有加氫站的大面積開建，燃料汽車根本沒有普及的基礎(chǔ)。

【4】燃料電池本身的技術(shù)問題

燃料本身也存在一些技術(shù)問題，包括單個(gè)燃料電池可以續(xù)航時(shí)間不多，雖然實(shí)驗(yàn)室階段過了10000小時(shí)，但是商業(yè)化的還徘徊在5000小時(shí)左右，這個(gè)是不夠的。

隨著技術(shù)的進(jìn)度，產(chǎn)業(yè)資本的涌入，上述問題隨著時(shí)間的推移應(yīng)該都能逐步解決，但是時(shí)間是多久誰也不知道。同時(shí)你在進(jìn)步，你的競(jìng)品也在進(jìn)步，現(xiàn)在就看誰進(jìn)步的更快。

我們都知道，電動(dòng)汽車在100多年前就能續(xù)航160公里，100多年后續(xù)航達(dá)到了400公里，后面會(huì)不會(huì)有突破，這個(gè)誰也說不好。

按照小鵬汽車的副總裁劉明輝博士的說法，5年后燃料汽車才能正面硬杠鋰電池，所以這里就是把這些交給時(shí)間和市場(chǎng)。

國內(nèi)外燃料電池的研發(fā)差距

1994年，奔馳公司率先研發(fā)出燃料電池汽車，上個(gè)世紀(jì)末，燃料電池技術(shù)領(lǐng)先的兩大汽車公司，一個(gè)是德國的戴姆勒，另一個(gè)是美國的通用。

但是在奧巴馬政府上臺(tái)后，美國就暫停了對(duì)燃料電池的研發(fā)和關(guān)注。奧巴馬政府對(duì)燃料電池的發(fā)展前景有較大的質(zhì)疑，認(rèn)為動(dòng)力電池才是未來汽車動(dòng)力源的主要方向，因此就把燃料電池的研發(fā)擱置了，后面兩大汽車公司都半放棄了燃料電池技術(shù)的研發(fā)。

后面就形成了北美專業(yè)燃料電池廠商和日韓汽車廠商壟斷這個(gè)行業(yè)，北美這塊以巴拉德(NASDAQ:BLDP)、普拉格(NASDAQ:PLUG)和水吉能為代表。

巴拉德基本上是電堆做的最好的，也是燃料電池的典范。中國的技術(shù)很多都是走的這條路線，經(jīng)過這些年學(xué)習(xí)也好、融合加自主創(chuàng)新也好，還是收購股權(quán)技術(shù)授權(quán)也好，中國的燃料電池技術(shù)和北美的差距已經(jīng)不大了，主要衡量指標(biāo)功率密度差距不大了。

這里未知的就是日韓技術(shù)。豐田雖然之前公開了很多專利來推廣燃料汽車技術(shù)，但是核心還是在自己手里面;5月份總理去參觀的生產(chǎn)線，正常情況是禁止參觀的，這是一個(gè)燃料電池前輩親口說的。

這里面就涉及到核心技術(shù)是中國人都不知道的，以中國人的模仿能力，但凡知道了了解了很快就能仿制甚至超越你。

但是不管怎么樣，隨著2018年幾百億的產(chǎn)業(yè)資本涌進(jìn)來，技術(shù)突破只是時(shí)間的問題，前提是國家繼續(xù)支持這個(gè)行業(yè)。