主讲嘉宾

　　徐一帆，大同氢雄云鼎氢能科技有限公司研发部工程师。从事燃料电池结构设计5年，专攻石墨板结构设计与质子交换膜一体化，致力于实现燃料电池核心技术国产化突破；广泛调研学习燃料电池上下游产业链，希望能够共同推动中国氢能与燃料电池产业的发展，加速零排放“氢能社会”的到来。

　　燃料电池是怎样产生的呢？氢气和空气分别被输入燃料电池中，通过化学反应电就奇妙地产生了。其单体电池是由正负两个电极（阳极与阴极）以及电解质组成，像一个蓄电池，但实际上它不能“储电”而是一个“发电厂”。 发生氧化作用的电极称为阳极，在原电池中，阳极是负极。氢气在反应中，作为还原剂被氧化，失去电子，价态升高，因此氢气侧为阳极。发生还原作用的电极称为阴极，在原电池中，阴极是正极。氧气在反应中作为氧化剂被还原，得到电子，价态降低，因此氧气侧为阴极。H2+1/2O2= =H2O是燃料电池的总反应公式。

　　燃料电池具有碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池五大类。

　　碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括为航天飞机提供动力和饮用水。碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十多倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其他杂质也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。

　　磷酸型燃料电池是一种以磷酸为电解质的燃料电池。采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂，浸有浓磷酸的SiC微孔膜作电解质，Pt/C作催化剂，工作温度200℃。磷酸型燃料电池是以浓磷酸为电解质，以贵金属催化的气体扩散电极为正、负电极的中温型燃料电池。可以在150℃～220℃工作。具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气压低和阳极催化剂不易被CO毒化等优点，是一种接近商品化的民用燃料电池，是目前单机发电量最大的一种燃料电池。

　　质子交换膜燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

　　熔融碳酸盐燃料电池属高温燃料电池，工作温度是650℃~700℃。与低温燃料电池相比，其本和效率很有竞争力，在工作温度下，MCFC可以进行内部重整燃料，例如在阳极反应室进行甲烷的重反应，重整反应到所需热量由电池反应的余热提供；工作温度为650℃~700℃，其余热可用来压缩反应气体以提高电池性能，可以用于供暖；燃料重整时产生的CO可以作为MCFC的燃料，且由于MCFC为高温燃料电池，不会受到CO的中毒催化剂的威胁；催化剂为镍合金，不使用贵金属。

　　固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池一样得到广泛普及应用的一种燃料电池，采用的是固态电解质（钻石氧化物），性能很好。他们需要采用相应的材料和过程处理技术，因为电池的工作温度约为1000℃。固态氧化物燃料电池工作温度比溶化的碳酸盐燃料电池的温度还要高，它们使用诸如用氧化钇稳定的氧化锆等固态陶瓷电解质，而不使用液体电解质。其工作温度位于800℃~1000℃之间。在这种燃料电池中，当氧离子从阴极移动到阳极氧化燃料气体（主要是氢和一氧化碳的混合物）时便产生能量。阳极生成的电子通过外部电路移动返回到阴极上，减少进入的氧，从而完成循环。

　　燃料电池系统由供氢系统、供气系统、电堆液冷系统组成。空气系统要能够持续、高效地为燃料电池系统提供满足压力要求的空气，其核心的部件就是空气压缩机。燃料电池系统对于工况要求的严格性，同时也对空气系统的空压机提出很高的需求。氢气系统用于调整氢气压力、加湿氢气、为电堆提供适量氢气。水热系统用于满足燃料电池系统的散热需求。

　　燃料电池汽车供氢系统包括储气瓶、温度/压力传感器、气水分离器、调压器和各种阀及管路等。其中氢源是至关重要的一环，目前有车载纯氢和车载制氢两种方案。

　　供气子系统是保证燃料电池高效可靠运行的重要的组成部分,主要有空气压缩机、过滤器、加湿器、温度/压力传感器、连接管道等组成。由于燃料电池的特殊要求，一方面，为了保证质子交换膜具有良好的工作特性，要求供气系统供给燃料电池堆的压缩空气绝对干净。另一方面，为了保证PEMFC具有较好的综合性能，要求该子系统能够根据燃料电池输出功率的大小及时调整供气量与供气压力，并具有结构紧凑、重量轻、噪声低、可靠性高、能量可回收等特点。