氫燃料電池的技術特點及應用

何 奇

(長春汽車工業高等?？茖W校，吉林 長春 130000)

1 氫燃料電池發展歷程與原理結構

氫燃料電池是一種以氫元素為核心和基礎，制造儲存能力的電池。氫燃料電池發展的基本原理是電解水反應的逆反應，燃料電池在這樣反應下的產物是電與水。電解水反應的逆反應具體過程如下：電池陽極部分的氫元素在催化劑催化作用下分解為質子與電子，帶陽電荷的質子穿越隔膜到達陰極，而帶陰電荷的電子在外部運動，產生電能；在陰極部分的氧離子在催化劑催化作用下與電子、質子發生化合反應生成水。通過大量的串聯燃料電池，形成電池組，即可以產生大量電能，滿足用電需要。氫燃料電池的基本結構主要有電極、電解質隔膜與集電器等，這些結構共同工作，使得氫燃料電池能夠產生和釋放電能。

2 氫燃料電池的技術特點

相對于傳統燃料電池，氫燃料電池在技術上有著諸多的優勢和優點，具體的技術特點如下：一是氫燃料電池能量轉換率高，綠色環保。燃料電池通過電化學反應產生和釋放電能，避免了傳統的燃燒或者儲能的方式會對環境造成極大的污染問題，且作為能源，氫的制備與開發同樣可以通過風能發電、光伏電池板等方式進行，整體的用電循環不會產生污染和有害物質。二是氫燃料電池噪聲振動小、使用壽命長。燃料電池是通過化學反應進行電能的產生與釋放，只要燃料與催化劑能夠保證供給，即可保障電能產生。因此氫燃料電池的使用壽命遠大于傳統的原電池與蓄電池。同時因為氫燃料電池發電無需機械部件的工作，因此產生的噪聲與振動也相對更小。三是制備原料多，能源補充迅速。氫元素在自然界廣泛地存在，且其存在形式眾多，例如水、再生能源等。這些物質經過制備與反應等，可以產生大量的氫元素用于氫燃料電池中。除此之外，氫燃料電池進行氫氣的補充工作一般情況下僅需要幾分鐘，能夠迅速補充能源。四是密封性嚴格。氫元素是極小的元素，容易泄露，且其較為活潑，容易與多種物質產生反應，造成不可估量的后果，因此需要嚴格的密封。

3 氫燃料電池的應用前景

氫燃料電池經過多年的發展，在技術上已經有了顯著的進步，更多的氫燃料電池開始在諸多行業領域中進行應用。就目前而言，應用氫燃料電池最多的即是新能源汽車中，尤其是電動汽車。車用氫燃料電池有效率高、能源轉化比高、啟動速度快、環保性能好、污染小等顯著的優勢優點，是未來汽車動力能源的最為主要和最佳選擇之一，也是取代汽車內燃機的一種理想方案，被稱為“汽車工業的未來”。在當前的汽車企業公司中，主要應用氫燃料電池的有通用汽車、豐田汽車、特斯拉、蔚來等，應用氫燃料電池作為電動汽車的能源，一方面能夠顯著地減少因傳統內燃機燃料燃燒造成的環境污染問題，同時能夠減少不可再生能源的使用消耗；另一方面也能夠推動氫燃料電池技術的進一步發展，為未來新能源汽車的發展提供一定的經驗借鑒。

目前，在通信運營商中，氫燃料電池的應用處于起步階段，其更多地應用于接入網、基站等小容量站點，而且下述幾個方面的場景對氫燃料電池起到了積極的推動作用。

(1)高效率的交流后備電源。與柴油發電機和汽油發電機進行對比可以發現，氫燃料電池的能量轉換效率比較高，可以超過60%，而前兩者很難超過40%。如果市電經常出現停電，此時可以在通信站點選擇高效率的交流輸出氫燃料電池來取代油機發電。

(2)高效率直流后備電源。對于氫燃料電池而言，其供電系統輸出直流不僅可以降低后備鉛酸蓄電池容量，而且還可以直接替換自帶大容量電容的后備鉛酸蓄電池。一旦市電停電后，氫燃料電池不需要經過開關電源轉換就能夠直接進行供電，從而有效降低開關電源的效率損失，提高供電效率。

(3)放開站點溫度要求后所達到的間接節能效果。對于通信站點內而言，傳輸設備和無線設備運行過程中具有比較強的高溫適應性，而此時的鉛酸蓄電池對環境溫度提出了嚴格的要求，因此需要對其給予高度的關注。與普通鉛酸蓄電池相比，氫燃料電池對環境溫度具有更寬的要求，具有比較強的高、低溫環境適應性，其儲存溫度一般控制在-40℃～+60℃，工作溫度一般控制在-40℃～+45℃，此時可以結合實際情況適當地放開對基站機房環境溫度的基本要求，從而確保其安全、高效運行。通過多年來的工作經驗總結得知，對于通信站點機房而言，空調設定溫度每升高1℃，將會使空調能耗降低大概4%左右，這樣既拓寬了通信站點的溫度要求，又可以達到間接節能的效果。

(4)嚴格控制站點的環境污染要求。氫燃料電池雖然不會對礦物能源產生過多的依賴，而且在實際發電過程中不燃燒，且所有的反應產物均為水，與柴油發電機、汽油發電機、燃氣輪機等相比，可以大大降低尾氣污染物的排放。同時，氫燃料電池還可以大大降低，甚至可以完全取代后備蓄電池組容量，降低對鉛等化學原材料的使用，從而避免了對周圍環境造成的污染。

4 結語

總而言之，在世界能源資源開采難度日益增大，其價格與日俱增的背景下，選擇新能源進行開發應用，是必然的趨勢與選擇。氫作為一種能源，有著來源廣泛、轉化率高、無污染等眾多優點，雖然也存在一部分技術難點與問題，但其未來應用是不可否認的。文章對氫燃料電池進行分析研究，有著現實的價值與意義，希望能夠幫助推動氫燃料電池的技術發展進步。