氢燃料电池的技术特点及应用

何 奇

(长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130000)

1 氢燃料电池发展历程与原理结构

氢燃料电池是一种以氢元素为核心和基础，制造储存能力的电池。氢燃料电池发展的基本原理是电解水反应的逆反应，燃料电池在这样反应下的产物是电与水。电解水反应的逆反应具体过程如下：电池阳极部分的氢元素在催化剂催化作用下分解为质子与电子，带阳电荷的质子穿越隔膜到达阴极，而带阴电荷的电子在外部运动，产生电能；在阴极部分的氧离子在催化剂催化作用下与电子、质子发生化合反应生成水。通过大量的串联燃料电池，形成电池组，即可以产生大量电能，满足用电需要。氢燃料电池的基本结构主要有电极、电解质隔膜与集电器等，这些结构共同工作，使得氢燃料电池能够产生和释放电能。

2 氢燃料电池的技术特点

相对于传统燃料电池，氢燃料电池在技术上有着诸多的优势和优点，具体的技术特点如下：一是氢燃料电池能量转换率高，绿色环保。燃料电池通过电化学反应产生和释放电能，避免了传统的燃烧或者储能的方式会对环境造成极大的污染问题，且作为能源，氢的制备与开发同样可以通过风能发电、光伏电池板等方式进行，整体的用电循环不会产生污染和有害物质。二是氢燃料电池噪声振动小、使用寿命长。燃料电池是通过化学反应进行电能的产生与释放，只要燃料与催化剂能够保证供给，即可保障电能产生。因此氢燃料电池的使用寿命远大于传统的原电池与蓄电池。同时因为氢燃料电池发电无需机械部件的工作，因此产生的噪声与振动也相对更小。三是制备原料多，能源补充迅速。氢元素在自然界广泛地存在，且其存在形式众多，例如水、再生能源等。这些物质经过制备与反应等，可以产生大量的氢元素用于氢燃料电池中。除此之外，氢燃料电池进行氢气的补充工作一般情况下仅需要几分钟，能够迅速补充能源。四是密封性严格。氢元素是极小的元素，容易泄露，且其较为活泼，容易与多种物质产生反应，造成不可估量的后果，因此需要严格的密封。

3 氢燃料电池的应用前景

氢燃料电池经过多年的发展，在技术上已经有了显著的进步，更多的氢燃料电池开始在诸多行业领域中进行应用。就目前而言，应用氢燃料电池最多的即是新能源汽车中，尤其是电动汽车。车用氢燃料电池有效率高、能源转化比高、启动速度快、环保性能好、污染小等显著的优势优点，是未来汽车动力能源的最为主要和最佳选择之一，也是取代汽车内燃机的一种理想方案，被称为“汽车工业的未来”。在当前的汽车企业公司中，主要应用氢燃料电池的有通用汽车、丰田汽车、特斯拉、蔚来等，应用氢燃料电池作为电动汽车的能源，一方面能够显著地减少因传统内燃机燃料燃烧造成的环境污染问题，同时能够减少不可再生能源的使用消耗；另一方面也能够推动氢燃料电池技术的进一步发展，为未来新能源汽车的发展提供一定的经验借鉴。

目前，在通信运营商中，氢燃料电池的应用处于起步阶段，其更多地应用于接入网、基站等小容量站点，而且下述几个方面的场景对氢燃料电池起到了积极的推动作用。

(1)高效率的交流后备电源。与柴油发电机和汽油发电机进行对比可以发现，氢燃料电池的能量转换效率比较高，可以超过60%，而前两者很难超过40%。如果市电经常出现停电，此时可以在通信站点选择高效率的交流输出氢燃料电池来取代油机发电。

(2)高效率直流后备电源。对于氢燃料电池而言，其供电系统输出直流不仅可以降低后备铅酸蓄电池容量，而且还可以直接替换自带大容量电容的后备铅酸蓄电池。一旦市电停电后，氢燃料电池不需要经过开关电源转换就能够直接进行供电，从而有效降低开关电源的效率损失，提高供电效率。

(3)放开站点温度要求后所达到的间接节能效果。对于通信站点内而言，传输设备和无线设备运行过程中具有比较强的高温适应性，而此时的铅酸蓄电池对环境温度提出了严格的要求，因此需要对其给予高度的关注。与普通铅酸蓄电池相比，氢燃料电池对环境温度具有更宽的要求，具有比较强的高、低温环境适应性，其储存温度一般控制在-40℃～+60℃，工作温度一般控制在-40℃～+45℃，此时可以结合实际情况适当地放开对基站机房环境温度的基本要求，从而确保其安全、高效运行。通过多年来的工作经验总结得知，对于通信站点机房而言，空调设定温度每升高1℃，将会使空调能耗降低大概4%左右，这样既拓宽了通信站点的温度要求，又可以达到间接节能的效果。

(4)严格控制站点的环境污染要求。氢燃料电池虽然不会对矿物能源产生过多的依赖，而且在实际发电过程中不燃烧，且所有的反应产物均为水，与柴油发电机、汽油发电机、燃气轮机等相比，可以大大降低尾气污染物的排放。同时，氢燃料电池还可以大大降低，甚至可以完全取代后备蓄电池组容量，降低对铅等化学原材料的使用，从而避免了对周围环境造成的污染。

4 结语

总而言之，在世界能源资源开采难度日益增大，其价格与日俱增的背景下，选择新能源进行开发应用，是必然的趋势与选择。氢作为一种能源，有着来源广泛、转化率高、无污染等众多优点，虽然也存在一部分技术难点与问题，但其未来应用是不可否认的。文章对氢燃料电池进行分析研究，有着现实的价值与意义，希望能够帮助推动氢燃料电池的技术发展进步。