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在2022年北京冬奧會上，中國自主研制的200多輛氫能大巴車承擔(dān)了接駁重任，全程安全接駁、完全零碳排放。搭載氫燃料電池的大巴車加滿氫只需10分鐘，總續(xù)航可達(dá)630公里；氫能大巴每行駛100千米可減少70公斤的二氧化碳排放，相當(dāng)于14棵樹木一天的吸收量，著實(shí)是一名“碳中和”的踐行者。




應(yīng)用低碳/零碳能源，是實(shí)現(xiàn)水運(yùn)領(lǐng)域“碳達(dá)峰”和“碳中和”的必需路徑?；趪H海事組織減排目標(biāo)的未來燃料預(yù)測如下，到2050年，氫能等零碳燃料的占比將達(dá)到35%。

氫氣既可以在內(nèi)燃機(jī)中燃燒做功，也可以作為燃料電池的能源通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成電能做功。20世紀(jì)70年代，寶馬就研發(fā)了氫燃料內(nèi)燃機(jī)；后來本田也推出了氫燃料內(nèi)燃機(jī)。但是壓縮氫氣的密度較低，單次可攜帶的氫氣數(shù)量有限，因此續(xù)航里程較短；由于氫的體積能量比較低，導(dǎo)致氫燃料發(fā)動機(jī)汽車（船舶）的加速性能較汽油內(nèi)燃機(jī)差很多；加之，氫氣加注十分不便，氫燃料內(nèi)燃機(jī)逐漸淡出人們的視野。

直到豐田和現(xiàn)代汽車推出了氫燃料電池的電動車，氫能源才又獲得高度的關(guān)注。氫燃料電池通過氫氣與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)來生產(chǎn)電能，電能再帶動電機(jī)驅(qū)動車輪。其工作原理省去了卡諾循環(huán)、而且也省去了內(nèi)燃機(jī)中的機(jī)油潤滑系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)，從而大大提高了氫能源的利用效率。

根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品實(shí)踐效果可見，氫燃料電池可在-30℃極寒氣候下穩(wěn)定啟動、正常運(yùn)行，具備低氫耗、高安全、全適應(yīng)的技術(shù)優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于各類型車輛、船舶、備用電源等領(lǐng)域。由此說明氫燃料電池是發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的核心。

讓我們來認(rèn)識氫燃料電池的奧妙吧！

氫燃料電池的工作原理：氫燃料電池是把氫氣燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置，將氫氣送到負(fù)極，經(jīng)過催化劑的作用，H2中的兩個(gè)電子被分離出來，這兩個(gè)電子在正極的吸引下，經(jīng)外部電路產(chǎn)生電流；失去電子的氫質(zhì)子（氫的主要成分為其同位素氕，氕原子由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子組成，沒有中子，因此失去電子的H+本質(zhì)上就是氫質(zhì)子）可穿過質(zhì)子交換膜，在正極氧原子、電子重新結(jié)合生成水。

氫燃料電池的結(jié)構(gòu)和組成：

主要包括燃料電池堆和氫噴系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和相關(guān)管路組成；燃料電池堆由單電池、隔離板、冷卻板、歧管和支撐結(jié)構(gòu)組成；單電池由左右兩塊雙極板（每一側(cè)的雙極板本身又是雙層結(jié)構(gòu)，中間存在重密集的冷卻水流道）和位于雙極板之間的膜電極（包括交換膜 、催化劑、擴(kuò)散層）構(gòu)成。單電池是采用收尾相連的方式串聯(lián)在一起，單電池的電壓約為1.23V（實(shí)際平均效率約52.8%），電流約520A~560A，通常一臺120Kw的燃料電堆，約由430個(gè)單電池串聯(lián)，最外端通過端板，利用螺栓等緊固件將按順序疊放在一起的雙極板、膜電極、集流板、端板緊固在一起組成一個(gè)電堆。

氫燃料電池與傳統(tǒng)電池的區(qū)別：

①蓄電池是一種儲能裝置，是將電能儲存起來，需要時(shí)再釋放出來。而氫燃料電池則是一種發(fā)電裝置，類似于發(fā)電廠，是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。

②燃料電池不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)化效率很高。內(nèi)燃機(jī)必須先將燃料的化學(xué)能經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，最后再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，在一連串的能量形式變化過程中，不僅產(chǎn)生了噪聲和環(huán)境污染物，而且能量轉(zhuǎn)化效率低。

氫燃料電池在船上的應(yīng)用：

2009年起，德國、挪威等國已將氫燃料電池成功運(yùn)用到船上，我國雖然起步較晚，但是也有不少成功的范例和示范項(xiàng)目，如近日由中國船級社（CCS）執(zhí)行審圖檢驗(yàn)的氫燃料電池動力工作船“三峽氫舟1號”。該船作為我國氫燃料電池在船舶上應(yīng)用的突破，對內(nèi)河航行船舶的“零污染、零排放”轉(zhuǎn)型具有重要示范意義。

該項(xiàng)目的實(shí)施，為我國后續(xù)氫燃料電池船舶推廣提供了重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐，也為我國氫燃料電池船舶測試與驗(yàn)證搭建了重要的試驗(yàn)平臺，標(biāo)志著我國氫燃料電池船舶關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用水平邁上了新臺階。

原標(biāo)題：船海探索 | 氫燃料電池到底有多厲害？