氫燃料電池

氫燃料電池是使用氫這種化學元素，制造成儲存能量的電池。

存在優勢

無污染

燃料電池對環境無污染。它是通過電化學反應，而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲能(蓄電池)方式--最典型的傳統后備電源方案。

燃燒會釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述，燃料電池只會產生水和熱。

如果氫是通過可再生能源產生的(光伏電池板、風能發電等)，整個循環就是徹底的不產生有害物質排放的過程。

無噪聲

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

高效率

燃料電池的發電效率可以達到50%以上，這是由燃料電池的轉換性質決定的，直接將化學能轉換為電能，不需要經過熱能和機械能(發電機)的中間變換。

應用領域

20世紀60年代，氫燃料電池就已經成功地應用于航天領域。往返于太空和地球之間的"阿波羅"飛船就工作示意圖安裝了這種體積小、容量大的裝置。

進入70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進的制氫技術，很快，氫燃料電池就被運用于發電和汽車。

大型電站，無論是水電、火電或核電，都是把發出的電送往電網，由電網輸送給用戶。

但由于各用電戶的負荷不同，電網有時呈現為高峰，有時則呈現為低谷，這就會導致停電或電壓不穩。

另外，傳統的火力發電站的燃燒能量大約有70%要消耗在鍋爐和汽輪發電機這些龐大的設備上，燃燒時還會消耗大量的能源和排放大量的有害物質。

而使用氫燃料電池發電，是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，能量轉換率可達60%~80%，而且污染少、噪音小，裝置可大可小，非常靈活。

氫的化學特性活躍，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分解，并把所吸收的氫釋放出來，這就構成了一種良好的貯氫材料。

隨著制氫技術的發展，氫燃料電池離我們的生活越來越近。到那時，氫氣將像煤氣一樣通過管道被送入千家萬戶，每個用戶則采用金屬氫化物的貯罐將氫氣貯存起來，然后連接氫燃料電池，再接通各種用電設備。

它將為人們創造舒適的生活環境，減輕繁重的生活事務。但愿這種清潔方便的新型能源--氫燃料電池早日在人們日常生活中。

神秘的電堆長什么模樣

電堆組成構件

電堆由多個單體電池以串聯方式層疊組合而成。

單體電池是由將雙極板與膜電極(MEA-催化劑、質子交換膜、碳紙/碳布)組成。

若干單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構成燃料電池電堆。

1.雙極板

雙極板是由極板和流場組成。主要作用是氣體分配、集流、導熱和密封。

雙極板是電、熱的良導體，具有良好的機械性能，很好的阻氣性能，耐腐蝕性好等特點，其性能決定了燃料電池堆體積比功率和質量比功率。

雙極板材質主要是石墨或者合金。通常由石墨板材料制作，石墨雙極板厚度約2～3.7mm，經銑床加工成具有一定形狀的導流流體槽及流體通道，其流道設計和加工工藝與電池性能密切相關。

2.質子交換膜

質子交換膜作為電解質，起到傳導質子，隔離反應氣體的作用。

在燃料電池內部，質子交換膜為質子的遷移和輸送提供通道，使得質子經過膜從陽極到達陰極，與外電路的電子轉移構成回路，向外界提供電流。

質子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞也直接影響電池的使用壽命。

3.碳紙/碳布

氣體擴散層GDL通常由碳紙或者碳布組成，主要起到傳質，導電，傳熱，支持催化層，導水的作用。

4.催化劑

作為氫燃料電池反應關鍵，催化層是由催化劑和催化劑載體形成的薄層。催化劑主要采用Pt/C,Pt合金/C，載體材料主要是納米顆粒碳、碳納米管、碳須等。

對材料要求導電性好，載體耐蝕，催化活性大。

電堆是怎么制造的？

電堆是怎么工作的？

在原理上相當于水電解的“逆”裝置。

陽極為氫燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為傳遞H+的介質，只允許H+通過。工作時相當于一直流電源，陽極即電源負極，陰極即電源正極。

電堆工作時，氫氣和氧氣分別由進口引入，經電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經雙極板導流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進行電化學反應。

陽極（負極）：2H2→4H++4e-

陰極（正極）：O2+4H++4e-→2H2O

由于質子交換膜只能傳導質子，因此氫離子（即質子）可直接穿過質子交換膜到達陰極，而電子只能通過外電路才能到達陰極。當電子通過外電路流向陰極時就產生了直流電。

以陽極為參考時，陰極電位為1.23V。也即每一單電池的發電電壓理論上限為1.23V。接有負載時輸出電壓取決于輸出電流密度，通常在0.5～1V之間。將多個單電池層疊組合就能構成輸出電壓滿足實際負載需要的燃料電池堆(簡稱電堆)。