质子交换膜燃料电池的推广前景分析

郑明刚　石磊

摘 要 得益于低工作温度（60-80℃）、低能耗以及高能量密度，质子交换膜燃料电池（PEMFC）成为了最具发展前景的“绿色能源”。文章首先论述质子交换膜燃料电池的组成，进而分析质子交换膜燃料电池的推广。

关键词 质子交换膜燃料电池 组成 推广 应用

1质子交换膜燃料电池的组成

如今，车用质子交换膜燃料电池是由很多相同的单体串联组成的电池组，本节将介绍燃料电池单体的内部结构。质子交换膜燃料电池的单体是由阴阳两极的集流板、流道、扩散层、催化剂层以及质子交换膜组成，各个部分在燃料电池的发电过程中均承担着不可替代的作用。

其中，集流板的作用是将产生的电子收集并进行有效的外电路传递；

流道是气体和水的通道，承担了进气和排水的作用，具体作用是为阳极的氢气和阴极的氧气提供流通通道以及将阴极反应所产生的水及时排出；

扩散层的最主要的功能是为反应气体从流道进入催化剂层提供路径，是指进入整个活性区域而不是仅仅在流道的通道周围区域，简言之就是使气体均匀分布于扩散层并与催化剂层充分接触；

催化剂层的核心部分是附着在碳分子上的催化剂分子，这些催化剂分子能够确保阳极处的H+与e-的有效分离以及阴极处的H+、e-以及O2的有效结合；

质子交换膜是燃料电池的核心部件，它能够选择性的透过H+而使e-流过外电路进而形成电流。

2质子交换膜燃料电池的推广

目前，质子交换膜燃料电池受到全世界的重视，尤其是在环境污染、石油危机以及温室气体威胁的前提下，排放物只有水的燃料电池必将受到人们的青睐。就目前看来，质子交换膜燃料电池的推广前景主要如下：

2.1国家政策的支持

2014年后，我国我国陆续出台燃料电池汽车产业政策，如《能源发展战略行动计划（2014年-2020年）》、《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》、《能源技术革命重点创新行动路线图》、《国家驱动创新发展战略刚要》、《“十三五”国家科技创新规划》、《汽车产业中长期发展规划》、《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》、《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》等，这些政策将大力推动燃料电池的推广。

2.2燃料来源广泛

质子交换膜燃料电池的燃料为氢气和氧气，氧气来源于空气，可谓取之不尽，用之不竭，而另一燃料氢气的来源也十分丰富。

据了解，很多化工工业都能够副产氢气，而根据中国工业副产氢资源调研結果，不额外产生碳排放的工业副产氢资源有丙烷脱氢、乙烷裂解、焦炉煤气和氯碱化工等都能够大量的副产氢气。

就丙烷脱氢这一项目而言，截止到2018年5月，全国共有8个项目投产，在建项目5个，还有多家丙烷脱氢项目处于前期工作，其中有确切投产年份规划的项目有4个，预计2023年，这17个项目副产氢气37万吨/年。

氯碱工业中，每生产1吨烧碱约副产280立方米（约合0.025吨）氢气。但事实上，目前中国很多氯碱企业只关注氯和碱产品，氢气利用很不充分。数据显示，每年中国氯碱企业副产氢气放空率高达30%，意味着仅2017年中国至少有25万吨的氢气被白白放空。按每辆氢燃料电池车每天加注5公斤氢气、行驶里程200公里来算，这些副产氢气每年可供约13.5万辆氢燃料电池车行驶。

通过以上数据可以看出，我国氢气资源十分丰富且闲置率较高，这为燃料电池的推广提供了巨大的空间。

2.3应用范围广

不仅仅是燃料电池汽车，氢燃料电池能够应用于众多场合，大到飞机、空间站，小到便携式电源，能够涉及到我们日常生活的方方面面，可以说有着非常大的发展潜力。

质子交换膜燃料电池目前已经应用于汽车、摩托车和自行车、分布式发电站、备用电源、便携式电源、空间站、飞机、轮船、水下航行器等，应用范围极其广泛。

2.4使用方便

在未来，质子交换膜燃料电池何以用于日常、交通、军事等方面，给人们带来极大的便利。

在日常方面，质子交换膜燃料电池能够提供为别墅提供日常所需的电量，随着燃料电池的不断发展，一个燃料电池发电系统的氢燃料能够提供一个别墅数月的电量，使人们的生活真正达到低碳环保的境界。

在交通方面，燃料电池汽车的推广和普及能够为人们的低碳出行提供便利，与此同时，燃料电池汽车的高续航里程能够有效的解决人们旅游、出差的用车需求。更重要的是，燃料电池汽车更符合人们的用车习惯，在燃料消耗将尽时，人们只需要去加氢站加注氢气，而这一过程符合人们之前加油的习惯，并且这一过程比加油过程更为迅速。

在军事方面，燃料电池能够为单兵提供所有诸如照明、侦查等的能源需求，更重要燃料电池的能量密度高大大缩小了电源的体积和重量，进而极大的提高了单兵作战能力。

相信在不久的将来，燃料电池必定以使用的便利性得到大力的推广。

3结论

根据本文论述，足以看出质子交换膜燃料电池的商业价值以及巨大的推广空间，相信不就的将来，质子交换膜燃料电池必将成为人们生活的必需品，满足人们生活中的一切用电需求。

作者简介：郑明刚（1972.01-），研究生导师，副教授，1993年6月于东北大学获工学学士学位，1997年6月获山东大学工学硕士，2000年9月获上海交通大学工学博士学位，现任职于山东建筑大学；石磊（1991.02-），山东省济南市人，民族汉，在读研究生，现就读于山东建筑大学机电工程学院，研究方向：汽车电子控制技术及太阳能电动汽车。

参考文献

[1] 张亚媛，张沛龙，葛静等.燃料电池应用现状及发展前景[J].新材料产业，2014（06）：65-68.

[2] 叶荣，刘强，陈东旭等.氢燃料电池应用研究[C].中国移动通信集团设计院新技术论坛，2014.

[3] 徐自亮，余英，李力.氢燃料电池应用进展[J].中国基础科学，2018（02）.