燃料电池车的主体结构及保养方法
来源：宝鄂实业
2019-05-09 08:53
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燃料电池不仅可以解决锂电池续航里程焦虑及快速补充能源的问题，还可以提升化学能转化率及利用率，但却受制于电池成本、氢气储存安全及加氢基础设施三大因素，那么燃料电池汽车未来如何？
1、燃料电池结构如何？
燃料电池主要有电极、电解质膜和集电器三个部分组成，电极分为阳极和阴级，它是燃料发生氧化效应和氧化剂发生还原反应的电化学反应场所，其性能好坏取决于触媒性能、电极材料和电机制程,设计以多孔结构为主，以增加参与反应的电极面积;
电解质膜功能在于分隔氧化剂和还原剂，并传导离子，因此在兼顾强度同时越薄越好，当前技术厚度可达几十毫米至几百毫米不等，技术材质上有两个方向，其一是以石绵模、碳化硅膜、铝酸锂膜等绝缘材料制成多孔隔膜;其二是全氟磺酸树脂及YSZ：集电器则是用于收集电流，其性能取决于材料设计、流场设计及加工技术（本文属于原创，猫视汽车首发，转载请注明）。
2、燃料电池技术原理如何？
燃料电池是一种将化学能转为电能的装置，通过供给剂系统输入燃料气体和氧化剂气体，在电极发生阳极反应、阴极反应和电池反应，然后通过电解质膜传送电离子给集电器产生电流，由电能控制系统导出电流，由排水系统导出水，因此燃料电池通常需要配备相应的辅助系统才能工作，如反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电能控制系统及安全装置等，其不同类别燃料电池反应如下：
首先，氢氧燃料电池反应原理为H2+1/2O2==H2O，阳极为1/2O2+H2O+2e-→2OH-，阴级为H2 +2OH-→2H2O +2e-;其次， PAFC电池反应原理为：H2+1/2O2==H2O（3）,阳极为H2==2H++2e-（1）、阴极2H++1/2O2+2e-==H2O（2）；再者，MCFC电池反应原理为H2+1/2O2==H2O（6），阳极则为H2+CO32-==H2O+CO2+2e-（4），阴极则为CO2+1/2O2+2e-==CO32-（5）；最后，SOFC电池反应原理为H2+1/2O2==H2O（9），阳极则为H2+O2-==H2O+2e-（7），阴极则为1/2O2+2e-==O2-（8）；
3、燃料电池应用领域如何？
燃料电池最早应用于军事、空间及分散式发电厂，后期逐步扩展到机动车、移动设备及家庭用电等民用领域，AFC主要为航天飞机提供动力和饮用水，PEMFC用于交通动力及小型电源装置，PAFC则可作为中型电源商用，MCFC已完成工业试验阶段，SOFC则是燃料电池研发方向，也是未来大规模清洁发电站的首选。
燃料电池被大众所熟知，离不开能源政策及车企联合推动下的电动汽车应用，它在电池寿命、充气速度、化学能转化高效等方面优势，有效的解决锂电池续航里程的问题，特斯拉电动汽车目标就是锂电池和氢氧空气电池结合的混合动力汽车，其续航里程可达640公里，但是其在电池成本、氢气储存安全性及充气基础设施的不足明显（本文属于原创，猫视汽车首发，转载请注明）。
4、燃料电池汽车未来如何？
根据国际能源署展望，欧美日韩为了实现2度的温控目标，2050年燃料电池汽车保有量将达到1亿台，占比约30%，日韩车企已经在2013-2016率先推出量产燃料电池汽车车型，欧美车企则预计在2018年推出量产燃料电池汽车车型，全球燃料电池汽车拐点将于2020-2025年出现。
我国燃料电池在2016-2020的发展可借鉴2009-2014锂电池的发展路径，技术由不成熟接近商用，成本有大幅下降的空间，产业推广有示范运行过渡到商业推广，预计2017年的燃料电池汽车产销量可达1000台，到2020年保有量可达1.5万台，对应市场规模为60-70亿元，包括电池、电机、电控、整车、氢瓶及上游的制氢基础建设而迫在眉睫的情况是，我们2013年石油净进口已经超过美国，世界第一，对外依存度达58.1%，其中70%的石油进口要经过南海和马六甲海峡。再按这个模式发展下去，一旦国际形势有点风吹草动……你懂的。所以我们没那么多时间等到下一代新能源技术成熟后再转型。现在就该做点什么减少对石油的依赖。而从我个人角度看，氢气的制、存、用明显比用电要复杂、危险得多，基础设施建设的投入也要大得多，远不如利用现有的电力系统来得简便。甚至如果采用低速电动车的充电模式，只要家用空调插座即可，基本没什么成本，不存在基础设施问题。而电力来源比较广泛，主力的火电、水电、核电，新兴的风能太阳能，都是在不断发展，任一种发电技术的进步都会让我们的电动汽车跑得更欢。
至于提倡考虑新能源车性价比的观点，我倒是非常赞同。借用系统建设中常用的采用“适度超前、先进、可靠、优化集成的技术和设备”的基调，具体的实体产业发展应区别于科研。
科研领域虽然有重点研究方向，但更应该保持百花齐放的包容性，需要有形的手加以扶持，注重对各种技术路线前瞻性的探索，以盈利为辅。否则一旦研究方向过于集中，导致在其他技术路线上断代太严重，会面临抄作业都抄不来的尴尬。
而实体产业，尤其是站在全国的角度考虑升级换型，则应慎重。应发挥无形之手的特长，以盈利为主，用最少的社会资源创造最大的社会价值。我认为的社会资源应包括现有技术的发展水平及现有生产规模投资的回报率，用市场化的手段找到现有资源投入与产出的最佳平衡点。否则决策失误的后果就是大量产能报废，造成社会财富的巨大浪费，弯道超车就成了个笑话。这种重大的投资失败，损失更是远超科研方向的错误。毕竟实验室内的试验失败还算可控，经济领域的投资失败可没那么多机会翻身。既然电池的技术路线之争硝烟未散，我们不妨在方向较为清晰的方面做点工作。比如在电控系统、安全标准、资源回收再利用等方面进行探索。无论哪种电池技术最后胜出，这些方面的成果也不会浪费。甚至可以以新能源产业培育为试验田，尝试一下有形之手与无形之手相互间配合的新思路。毕竟是新产业，搞砸了损失也会小点。如果能为其他方面的改革提供经验，那就善莫大焉。
