主讲嘉宾

　　陶文艳，大同氢雄云鼎氢能科技有限公司顾问，香港科技大学、香港中文大学双料博士后，著名燃料电池催化剂研究专家。曾主持深圳市科创委的基金项目，以合作研究员身份参与香港创新及科技基金和香港中文大学信兴高等工程研究所基金项目。

1 核心提示 燃料电池的高效性

　　燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。理论上，燃料电池的转换效率可达到85%-90%。目前实际运行的各种燃料电池，由于种种技术因素的限制，再考虑整个装置系统的耗能，总的转换效率多在45%-60%范围内，如考虑热电联供，燃料的总利用率则可达80%以上。

2 核心提示 燃料电池汽车的安全性

　　目前，氢燃料电池汽车从设计研发到量产运行，已经形成了一个较为完备安全的科学体系。从氢气的特性来看，氢气易扩散，扩散速度是空气的3.8倍，氢气泄露时，迅速挥发散布在大气中，浓度无法达到爆炸极限要求。燃料电池汽车的安全性评价主要是针对燃料电池电堆和储氢系统两个部分。其中，电堆只是氢气和氧气发生电化学反应的场所，本身并不储存能量，安全性隐患主要来自氢气的监控。但由于电堆内部氢气的量并不大，而且氢气与空气可以迅速被切断，其安全性其实还是很有保障的。至于储氢系统的安全性则主要由储氢罐决定。目前储氢罐广泛使用的700bar高压铝瓶，国际上已经有数千次的加压、减压测试记录。而且为了避免外力损伤，国际几大汽车公司普遍选择将储氢罐放置在后排座椅下面或者后背这个汽车上相对比较安全的部位。一般气罐旁边、驾驶室和动力舱都安装了氢气传感器在线检测氢气浓度，储氢罐还安装了应急排放阀，以降低破损以后氢气的积累。

3 核心提示 为什么选用铂做催化剂？

　　迄今为止，质子交换膜燃料电池的阴极和阳极的主要催化剂仍以铂和铂碳颗粒为主。贵金属铂的稀缺也是当今燃料电池成本居高的主要原因之一。为了降低铂的使用量，很多公司进行了持续性的研究，近十几年来，膜电极上的铂催化剂使用量已经从10mg/cm 降低到了0.05mg/ cm

　　，降低了近200倍。哥本哈根大学的一项研究表明，将颗粒状的铂金属排放得更科学，可以有效提高铂的使用率。

　　燃料电池是一项通过氢氧反应把化学能变成电能的很有发展前途的技术，根据这项技术，把氢气送到燃料电池一侧、带有负电荷的阳极上，同时氧被送到燃料电池另一侧、带有正电荷的阴极上。在阳极上，一种通常是铂的催化剂把氢原子的电子分离出来，留下带正电荷的氢离子和自由电子。阳极和阴极之间的一张膜只允许氢离子通过。这意味着电子只有沿着外电路移动，继而产生电流。

　　韩国高丽大学的一个科学家组概述了一个用人尿内的碳原子制造廉价电力的计划。这些研究人员称，他们会用天然存在于人尿中的碳取代燃料电池内昂贵的铂。科学家希望燃料电池将来有机会得到广泛应用，为汽车和住宅提供电力。问题是燃料电池内的催化剂过于昂贵，而且它的高成本现已抑制这项技术的商业发展。但通过用具有相似特性的碳代替铂，韩国研究人员认为他们可能大幅降低燃料电池的成本。

　　目前，无铂催化剂也是一个研究方向，中国科学院化学研究所胡劲松研究员、万立骏院士与重庆大学魏子栋教授研究团队最近发展了一种高活性Fe-N-C类非贵金属催化剂。实验表明，该催化剂在阴极侧有着很优秀的氧还原催化性能。

4 核心提示 回氢泵

　　回氢泵又称氢气循环泵，作为燃料电池系统关键零部件之一，其主要作用是提升系统的氢气利用率。本质上，回氢泵就是一台气泵，从气泵的技术路线上看，可以划分成多级离心泵、隔膜泵、水环式真空泵、活塞泵、罗茨真空泵、爪型干式真空泵这几大类。

5 核心提示 氢气储存—氢瓶

　　储氢瓶材料的选择一般采用铝合金内胆碳纤维缠绕的高压储氢瓶，重量轻，单位储氢密度高，具有优良的韧性和抗撞击性能。储氢罐保护则采用整体式设计，整个框架通过3根横梁和2根纵梁将氢气集成到一个框架总成中，保证在碰撞时，高压储氢罐的动态位移不会太大，避免断裂。氢管路中大多采用316不锈钢材质的管路，其在氢气中的拉伸性能、疲劳性和劳裂纹扩展性能出众，具有较好的氢脆性能。在燃气管设计时，燃气管排出氢气的方向必须是顺延车底部的前后方向，可以保证车舱内不被火焰殃及。

　　氢瓶的典型应用体现在丰田Mirai上。丰田Mirai高压储氢罐采用三层结构，内层是密封氢气的树脂衬里，中层是确保耐压强度的碳纤维强化树脂(CFRP)层，表层是保护表面的玻璃纤维强化树脂层。Mirai的储氢罐的轻量化瞄准的是中层，采用的是对含浸了树脂的碳纤施加张力使之卷起层叠的纤维缠绕工艺，缠绕方法有强化筒部的环向缠绕、强化边缘的高角度螺旋缠绕和强化底部的低角度螺旋缠绕三种。对于按照高压储氢罐的全球技术规则，丰田采取用含有膨胀石墨的耐火聚氨酯板来保护吸收下落冲击的耐冲击聚氨酯护板的方法，确保耐火性能。