空间领域
02
03
军事上
运输上
04
燃料电池在移动装置上的应用
伴随燃料电池的日益发展，它们正成为不断增加的移动电 器。微型燃料电池因其具有使用寿命长，重量轻和充电方便 等优点，比常规电池具有得天独厚的优势。
目前，美国正在试验以直接甲醇燃料电池为动力的移动电 话，苹果新型氢燃料电池移动装置可撑数周，而德国则在实 验以这种能源为动力的膝上型电脑。
氢燃料电池的工作原理?
电能
水
electrons
氢气
-4
4+
protons
薄膜
氧气
反应过程： 1）氢气通过管道或导气板到达阳极。 2）在阳极催化剂（铂）的作用下，一个氢分子分解为两个质子，并释放出两个电子。 3）在电池的另一端，氧气通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极， 电子通过外电路也到达阴极。电子在外电路的连接下形成电流。 4）在阴极催化剂的作用下，氧和氢离子与电子发生反应生成水
• 电解质膜。现在汽车应用中最常见的质子交换膜是全氟磺酸膜（PFSAs），这 种交换膜具有较强的氧化和还原稳定性。目前燃料电池所用的纳菲薄膜主要依 靠进口，其价格在600美元/平方米左右。
• 双极板。目前质子交换膜燃料电池最常使用的双极板是不透性石墨材料。
• 制造石墨双极板需经过2500℃以上的石墨化，并需经过多次浸渍、炭化处理以 达到不透性。而且由块状石墨加工成双极板，加工成本过高，加工时间长，不 易批量生产。
这样，战地所需的支持车辆、人员和装备的数量便可 以显著的减少。 自20世纪80年代以来，美国海军就使 用燃料电池为其深海探索的船只和无人潜艇提供动力 。
燃料电池在运输上的应用
在世界各地，国家和地方机构都在立法强迫汽车制造商生产能极大 限度地降低排放的车辆。燃料电池可为这种要求带来实质的机遇。研 究指出：当一辆小车使用以天然气重整的氢为燃料的燃料电池而不用 汽油内燃机时，其二氧化碳的排放量可以减少高达72%。
氢燃料电池的优势
氢能丰富， 简单，清洁
电子 -
+ 质子
氢能强大
氢能转化为电能 …电能较燃油能要方便得多
制约燃料电池行业发展的因素
• （一）成本障碍
• 燃料电池组的成本必须下降，其中主要涉及三个关键部件的成本：铂催化剂、 电解质膜和双极板。
• 铂催化剂。现在的燃料电池组都使用金属铂作为催化剂，在未来十年内很可能 依旧如此。目前电极载铂量过高一直是阻碍燃料电池发展的重要因素。
燃料电池汽车是由电池和燃料电池提供动力的电力车辆。燃料电池 把氢气和氧气转化成电能，它所产生的副产品只有水和热。它摒弃了 复杂的变速箱等动力传动装置，4台由燃料电池驱动的电机直接同车 轮相连推动汽车行走的特点
优势：
（1）工作效率高 以氢气为燃料的FCV效率可达到
生成 重整
净化
压缩
使用
工作
变压吸附
高强度压缩
燃料电池
燃料电池技术说明
按燃料的供应方式不同，燃料电池发电系统分为直接和间接供 氢型。 直接供氢就是直接用氢作燃料，没有中间重整过程。 间接供氢是通过重整装置先将氢从其他形式的燃料中分离出来。 车载纯氢储存方法主要分为：高压氢气储存、液态氢储存、金 属储氢、活性炭吸附储氢和碳纳米材料储氢。 车载制氢需要内部高温的燃料处理器，通过重整或部分氧化等 方式由燃料中获得氢。醇类：甲醇、乙醇、二甲醚等；烃类： 柴油、汽油、甲烷等。
物制氢、热化学制氢和太阳光催化光解制氢等方法也获得广泛应用。 • 从成本角度来看，在燃料电池推广初期，应以分散式制氢为主，可进一步控制成本，且使用便
利。但随着未来燃料电池规模化发展之后，集中制氢的成本和环保优势将会进一步突出。 • （三）配套设施 • 燃料电池汽车的推广，其中最主要的制约因素是配套设施的缺失，即加氢站的覆盖率过小，而
燃料电池在军事上的应用
燃料电池可以以多种形态为绝大多数军事装置，从 战场上的移动手提装备到海陆运输提供动力。在军事 上，微型燃料电池要比普通的固体电池具有更大的优 越性，其增长的使用时间就意味着在战场上勿需麻烦 的备品供应。
此外，对于燃料电池而言，添加燃料也是轻而易举的 事情。
同样，燃料电池的运输效能能极大地减少活动过程中 所需的燃料用量，在进行下一次加油之前，车辆可以 行驶得更远，或在遥远的地区活动更长的时间。
其高昂的建设成本也使得加氢站的建设只能作为试验性经营。 • （四）储藏与安全 • 通常氢气以三种形态存储和运输：高压气态、液态和氢化物状态。短期内，高压罐储氢仍是主
要氢气储存运输手段。但从长期来看，更需要具备高储氢容量、高安全性、吸/放氢速率快、 长寿命和低成本的储氢材料。
燃料电池的应用
01
移动装置
氢燃料电池行业
初步调研报告
1 燃料电池概述
概述
燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池 的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是 经过燃烧，直接变成电能获得。
甲醇、天然气和汽油也可以替代氢（从这 些物质里间接地提取氢），不过将会产生极度 少的二氧化碳和氮氧化物。
各燃料电池参数表
燃料电池技术总览
能源 水资源
50%——70%左右，甲醇重整产生氢气的FCV效率可达 30%左右，内燃机汽车的效率为11%左右。
（2）节能、环保 （3）结构简单和运行平稳
面临问题：
（1）造价高 （2）氢气的储存、制备和运输 （3）加氢站等基础设施建设
• 氢燃料罐的成本较高，从成本和小型轻量化的角度来看，需开发组合使用轻量 低成本氢储藏材料和高压氢燃料罐。
• 电池配件方面，可与纯电动汽车和混合动力汽车共同使用其他零部件，从而削 减高昂成本。
制约燃料电池行业发展的因素
• （二）燃料来源 • 传统工业制氢的方法以化石材料制氢、电解水制氢为主。而随着对大规模制氢需求的提高，生
燃料电池在空间领域的应用
图“阿波罗11号”飞船 燃料电池在空间领域的应用：燃料电池最早和最成功的应用 始于20世纪50年代，它被用作航天飞船的动力源。
由于燃料电池相对于其他动力能源来说有很高的效率，因而可 极大的减少体积和重量。
对于航天器说，减轻重量是很重要的！ 燃料电池没有同时在 其他方面得到应用，主要的原因是当时的燃料电池造价昂贵； 因此，降低燃料电池的造价是多年来研究和 开发的主要内容。