氫燃料電池展望

自工業(yè)以來，我們經(jīng)歷了很多次能源，這些能源伴隨著人類的科技進(jìn)步。發(fā)展到今天，我們的能源走出了自己發(fā)展的道路，這是我們都很清楚的。但是能源以后又會怎么發(fā)展需要我們關(guān)注。當(dāng)然，此處的“以后”還不能太長，大約是未來幾十年時(shí)間。

能源歷史

在學(xué)會利用火之前，人類過著毳毛飲血的日子。鉆木取火是人類在能源方面最早的一次技術(shù)，從利用自然火到利用人工火的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致以柴薪為主要能源時(shí)代的到來，這是第一次能源。蒸汽機(jī)的發(fā)明，人類從此以機(jī)械動力大規(guī)模取代人力和畜力，這是第二次能源（也是第一次工業(yè)）。在第二次能源中，人類主要能源變?yōu)槊禾?、石油、天然氣等化石能源。核能的利用是人類的三次能源?，F(xiàn)在利用氫作為能源，氫燃料電池發(fā)電，將氫氧化合反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化為電能，能不能說成是第四次能源，目前下結(jié)論尚早。

氫燃料電池是清潔能源

不可否定的是氫氣作為包括汽車、工程機(jī)械等移動設(shè)備的能源補(bǔ)給是目前在清潔能源發(fā)展的必然。包括甲烷、NO化合物、CO2、氟利昂等溫室氣體的排放，會在大氣層形成阻擋地球熱量反射的空氣層，導(dǎo)致地球溫度升高。目前我們所使用的煤炭、石油、天然氣等化石燃料與空氣反應(yīng)會產(chǎn)生CH化合物、CO化合物、NO化合物及顆粒物PM等排放物；這些物質(zhì)會不同程度的污染環(huán)境，同時(shí)這些內(nèi)燃機(jī)在工作工程中還會產(chǎn)生噪音及振動，同樣對環(huán)境產(chǎn)生影響；而氫氣與氧氣在燃料電池中反應(yīng)，只會產(chǎn)生電能和熱量；作為排放物的水不會對環(huán)境產(chǎn)生影響。

氫氣的特點(diǎn)

作為移動設(shè)備的汽車及移動式工程機(jī)械的能源必須滿足以下條件：安全、成本低、體積小、重量輕、易反應(yīng)、反應(yīng)（響應(yīng)）快、易獲得、低污染、比能量高等。只有滿足以上這些條件的能源才能作為汽車及移動式工程機(jī)械的能源。氫氣是所有元素中最輕的元素；且其能量達(dá)到1.4×108J/kg，是汽油的三倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，因此是燃料中熱值的。在常溫常壓下，氫氣的燃點(diǎn)為550-600℃，相對于其它物質(zhì)，其燃點(diǎn)高。在空氣中，氫氣濃度達(dá)到4-75%的含量，容易產(chǎn)生爆燃，達(dá)到18-60%時(shí)，會產(chǎn)生爆炸；因此解決氫氣在使用過程中的安全，是頭等大事！氫氣是無色無味的氣體，當(dāng)產(chǎn)生泄漏時(shí)，需要隨時(shí)監(jiān)控其泄露情況，并自動采取相應(yīng)的安全措施。在空曠室外場合，由于氫氣是最輕的氣體，泄露后直接往大氣的上層走，也會減輕氫氣的濃度。

燃料電池的應(yīng)用

氫燃料電池在汽車及工程機(jī)械成熟運(yùn)用之前，我們必須了解以下內(nèi)容：

1、在氫燃料電池中，氫氣輸入量與輸出電流的關(guān)系；

2、加入氫氣后，輸出的電流響應(yīng)速度；

3、氫燃料電池的啟動條件是怎么樣的；

4、氫燃料電池在什么情況下實(shí)現(xiàn)停止工作，停止工作前需要達(dá)到什么條件才能不會損傷到電池本身；

5、如何使用才能延長氫燃料電池的使用壽命；

6、氫燃料電池適應(yīng)于什么樣的氣候環(huán)境，如低溫環(huán)境、高溫環(huán)境及海拔高度等，對燃料電池有什么影響。

當(dāng)然，問題可能不止這些，大家都可以提出自己問題。只有了解了這些問題，才能保證氫燃料電池汽車及工程機(jī)械的性能。

我們經(jīng)歷了從“內(nèi)燃機(jī)+機(jī)械傳動”到“內(nèi)燃機(jī)+液力傳動”及“內(nèi)燃機(jī)+液壓傳動”的過程，也經(jīng)歷了油電混合及油氣混合的過程。這些技術(shù)成熟或基本成熟，已經(jīng)被我們掌握。目前的燃料電池技術(shù)是最近幾年才在工程機(jī)械上得到應(yīng)用，還處于研究階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到熟練應(yīng)用的程度。主要是因?yàn)殡姵丶夹g(shù)需要繼續(xù)發(fā)展成熟，提高能量密度及適應(yīng)環(huán)境應(yīng)用?，F(xiàn)在的鋰離子電池、鈉離子電池、鋁離子的路線必須進(jìn)一步成熟并明確。鈉離子電池及鋁離子電池還處于研究階段。鋰離子電池基本成熟，但還有需要摸索的地方。磷酸鐵鋰電池的使用壽命、使用環(huán)境不明確，充放電倍率需要進(jìn)一步提高；鈦酸鋰電池充放電倍率高，但成本不低（成本可以隨著批量增大而降低）；三元鋰電池的耐溫性能是否適合在工程機(jī)械環(huán)境使用等。

氫燃料電池應(yīng)用在汽車及工程機(jī)械上也不是一步到位的，必須經(jīng)過如下階段。第一階段，動力電池技術(shù)的成熟；只有動力電池技術(shù)（插電技術(shù)）成熟后，才能進(jìn)一步推動氫燃料電池的發(fā)展。第二階段，動力電池（可插電）與氫燃料電池組成增程式系統(tǒng)應(yīng)用成熟，了解氫燃料電池的性能，如安全性、響應(yīng)速度、過載能力、負(fù)荷曲線等；第三階段，在充分了解氫燃料電池性能的情況下，才可以決定是否能夠單獨(dú)使用。目前處于第一階段，正準(zhǔn)備摸索第二階段的內(nèi)容；到2030年，第二階段基本成熟。2035年，進(jìn)入第三階段，氫燃料電池單獨(dú)使用。作者：唐緒文

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