“氢”风徐来，快速读懂车用燃料电池

随着全球应对气候变化压力的持续增大，在“碳达峰、碳中和”的战略背景下，国家对氢燃料电池汽车产业重视程度及支持力度持续增大，随着氢燃料电池技术的逐渐成熟，氢燃料电池汽车或将成为下一个新能源车热点。

燃料电池作为氢燃料电池汽车的心脏，在其逐渐进入大众视野的大趋势下，加深对燃料电池的了解显得尤为重要。

下面我们就用三个关键词，带大家快速读懂车用燃料电池。

// 关键词1：发电技术

燃料电池是通过化学反应，将燃料及氧化剂中蕴含的化学能转换为电能的装置。故而，燃料电池不是传统意义上的电池，而是一种发电技术，它是继水力发电、热能发电和核电之后的第四种发电技术。

近年来，“燃料电池”几乎被专门用来形容以氢作为燃料的反应堆。

// 关键词2：质子交换膜燃料电池

说起燃料电池的分类，目前最常用的分类方法是按其采用的电解质的类型分类，通常可分为：质子交换膜燃料电池，碱性燃料电池，磷酸燃料电池，固体氧化物燃料电池以及熔融碳酸盐燃料电池五类。

其中，质子交换膜燃料电池是目前处于商业化最前沿的燃料电池，质子交换膜燃料电池可以在 25-105摄氏度下运行，启动时间较短，同时对氧化剂要求较低，空气就可以作为其氧化剂来源。这些特性使得质子交换膜燃料电池成为汽车能源的理想解决方案，在新能源汽车中具有十分广泛的应用前景。

质子交换膜燃料电池的工作原理：

氢气由储氢罐输入燃料电池的阳极，在催化剂的作用下，一个氢分子分解为两个氢原子，氢原子再分解为一个氢离子和一个电子；

氢离子通过质子交换膜到达阴极，电子无法通过质子交换膜，从外电路到达阴极；

空气进入燃料电池的阴极，空气中的氧气与通过外电路达到阴极的电子形成氧离子，同时，与穿过质子交换膜的氢离子结合形成水分子；

综上，上述过程中电子从外电路到达阴极的过程就形成电流，即将氢气中的化学能转化为了电能。

// 关键词3：电堆

电堆是质子交换膜燃料电池的核心零部件，被称为是质子交换膜燃料电池的心脏。

电堆是什么？顾名思义，“堆，有堆积的意思”。电堆又叫燃料电池堆，其实就是将多个单体质子交换膜燃料电池以串联方式堆叠组合起来。

要了解电堆，那就先来看看单体质子交换膜燃料电池的构造。

单体质子交换膜燃料电池由膜电极和双极板两大部分组成。

膜电极是能量转换的多相物质传输和电化学反应场所。膜电极的结构主要包括质子交换膜，催化层以及气体扩散层，其中气体扩散层通常包括碳纸/碳布和负载在其上的微孔层。

双极板又称集流板，其功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路，目前市场上质子交换膜燃料电池的双极板材料有石墨、金属和复合材料三类。

而一个电堆就是由数百个这样的单体质子交换膜燃料电池组合而成的。

其中，第二代（右）Mirai与2020年12月发布并开售， 新Mirai电堆的电池节数从370片降到了330片，包含端板的体积从33L降到了24L，质量从41kg降到了24kg，但最大输出功率却由Mirai的114kW提升到128kW，提升了25%，体积功率密度从3.5kW/L提升到5.4kW/L，质量功率密度从2.8kW/kg提升到5.4kW/kg。

通过以上三个关键词，我们快速的科普了现有市场上车用燃料电池的主要结构和工作原理。希望这篇文章能成为大家认识氢燃料电池的开端，为后续对氢燃料电池有更深入了解奠定基础。

// 总结

随着传统能源逐渐退出历史舞台，氢燃料电池作为清洁能源，在“碳中和”这场能源革命中的优势日趋显现。虽说氢燃料电池当前还处于商业化初期，但目前各地政府以及各领域的玩家已纷纷加入，加速产业布局，整个氢燃料电池产业未来有着巨大的发展空间。未来谁又能借着这股“氢”风成为新的独角兽，我们拭目以待。
 

　　审核编辑：鄢梦凡