氢燃料电池技术应用现状及发展趋势探究

氢燃料电池技术应用现状及发展趋势探究

发表时间：2019-07-24T08:39:05.230Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：王慧

[导读] 摘要：本文以氢燃料电池技术为研究对象，对现阶段技术应用现状进行分析的基础上，探究未来氢燃料电池的发展趋势。

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摘要：本文以氢燃料电池技术为研究对象，对现阶段技术应用现状进行分析的基础上，探究未来氢燃料电池的发展趋势。通过对技术原理的分析，技术发展挑战、国际研发领域、国内发展趋势三个方面做出详细论述。

关键词：氢燃料电池；能源发展；技术研发

引言：以能源结构调整为契机，在科技条件发展的基础上，氢燃料电池技术已经成为了能源应用领域研究的重要方向。为了更好的对其发展现状与趋势问题作出说明，需对其技能的技术原理进行分析，以此保证技术成长的针对性。

一、氢燃料电池技术原理

氢燃料电池技术，将燃料电池技术条件作为基础，并将氢燃料的化学能转化为电能。在此种燃料电池技术中，兼具了电池与热机的优势条件，在有效转化能量的过程中，将污染物、噪声、震动等问题缩减到最小化的区间，并为其增添低温快速启动等技术内容，实现生态化、功能性的综合升级。

技术原理上，可根据不同的电解质材料，在电解质隔膜两侧分别进行氢氧化反应与氧化还原反应，并由此形成电能条。分析中确认此种技术条件下，可保证能量转换率达到90%以上。然而，在现有技术条件中，由于受到科技水平与环境条件的影响，目前的实际转换率可维持在40%-60%之间[1]。而在技术应用中，如果使用氢气作为燃料电池的基础，那么，可有效的省去其中产生的COX、NOX、SOX以及粉尘、颗粒等污染物质，仅将水作为排放物，保证清洁性的同时，提高设备使用中的稳定性、可移动性、长寿命水平等内容，并以适当的放出反应热量，展示出辅助供暖的功能作用。

二、氢燃料电池应用现状

氢燃料电池的应用条件上，由于其可在较小的形体结构中保存较大的容量水平，在刚刚问世的阶段，主要应用在航空航天领域中。而在技术进一步发展的阶段中，在市场化发展的条件下，逐渐将氢燃料电池应用在了发电、汽车功能等领域中，并成为了新能源的典型代表。例如，在现阶段的发电应用中，氢燃料电池主要被应用在可携带便捷技术领域中，并在运输、固定设备使用中，表现出技术优势条件，从大中型电站的设备构建与使用中，向小型便携技术领域延伸，为实现能源升级创造了基础条件。而从全球化的技术研发角度，也将氢燃料电池技术作为了研究的主要方向，并在研究方向上，明确了具体的发展目标。

三、氢燃料电池应用发展趋势

（一）技术发展中的挑战

1.制取成本与排放

商业化市场环境中，为了提高氢燃料电池技术的应用条件，必须对其规模化的生产方式进行调整，并通过制取成本的控制，提高氢燃料电池的市场竞争力。而从环保化的角度出发，需对氢燃料电池技术的排放水平做出进一步的调整，使其能够以更加生态化的应用效果，满足环境保护的发展需要。

2.氢气运输系统

当前我国的氢气站建设网络中，仍存在明显的局限性，必须在对运力水平进行调整的基础上，实现氢气传输网络的建设升级。在建设条件上，要通过基本管道的敷设，实现网络的全面覆盖，并在管道总长度上，应尽力追赶部分发达国家的16000km管道总长，为大规模的商业化运作创造基础[2]。

3.储氢技术

常温环境下的氢气存储，通常处在较小密度条件的气化状态。而在存储过程中，对安全性与存储效率的优化升级，成为了发展中的关键内容，必须在大量实践工作与科学技术条件的引导下，降低泄露、氢脆等安全风险问题的发生概率。通过存储系统的升级改造，使得能源的持续性供应成为基本的发展条件。

4.催化剂资源

铂族元素是氢燃料电池生产长的催化剂。在统计数据中发现，铂族元素在世界范围内的储量条件相对较低，而这一局限性在国内的反应更加明显。在推进氢燃料电池技术发展的进程中，为了实现2030年200万辆的内燃料电池车辆生产与改造，需要消耗掉40t的金属电催化材料。因此，需尝试通过技术条件的转换或是能源现状的调整，降低催化剂资源的影响效果，为技术应用赢取发展空间。

5.技术应用环境

在氢燃料电池技术的开发应用中，即便是使用了铂族元素的催化剂，也不会在转化效率上有大范围的提升。而在石墨双极板的应用中，还没有形成良好的机械性使用条件，这就为氢燃料电池技术的市场发展条件带来了阻碍。而从政策角度出发，相应的基础设施条件也存在较高的成本，并没有形成系统化的应用空间。所以，在未来的发展方向上，应增加电网系统的投入力度，并主动推进纯电动汽车的应用与发展空间，营造良好的技术应用环境。

（二）国际技术应用研究方向

国际技术环境中，部分欧美国家正在加速推进加氢站的建设工作，并在氢燃料电池技术的应用领域，已经进入到了标准商业化模式的发展阶段。统计数据显示，截止2017年，欧洲共建成加氢站106座，亚洲101座，北美64座。而从增长量角度出发，日本的发展速率最为高效，其次是欧洲地区的各个国家。

在进行燃料电池系统开发的过程中，美国等地区已经基本实现了对成产成本的预测，并构建起了包含预算条件、预算结果、预算技术的完整系统，实现了生产规划的发展目标。具其数据统计分析，自2015年-2020年的发展阶段中，技术成本控制方面可以实现以此质的飞跃。而在全球化的视角下，在2050年左右，会在亚太、欧洲、北美等全球范围内，形成燃料电池汽车销量的大幅度增长，并占据主体汽车领域的绝大部分空间。

（三）国内技术应用发展趋势

当前的技术条件下，氢燃料电池的发展已经得到了相关行业领域的高度关注，尤其是在汽车行业的生产转型中，充分的带动了能源产

业的优化发展，为现有技术的开发与升级，注入了大量的人力、物力、财力，加快了国内相关产业的发展速率。从趋势上来看，到2020年，我国的氢气产能总量可能会达到每年648万吨。而在生产规模上，可以能会达到每年10亿立方米到15亿立方米的区间，并形成相对标准化的行业生产规范系统[3]。同时，在东部沿海发达地区，氢能资源与氢燃料电池，可以形成大规模的生产覆盖。

到达2030年以后，可能会在此基础上获得更好的发展建设空间，并形成每年900万吨的氢气产能总量。而在氢产能的规模条件上，可以达到每年200亿立方米的状态，进一步的扩大氢气站的覆盖范围，基本在2050年，在全国范围内完成加氢服务站的全面建设。

在氢燃料电池技术的发展中，我国现阶段采取了一系列的阶段性措施，并在书面文件中，制定了针对2020、2030、2050的计划梯度，并在示范运行、大规模推广、全范围覆盖的内容上，保证行业技术领域的全面发展水平。尤其在汽车领域的建设发展中，势必会成为带动氢燃料电池技术发展与推广的先行者，并在商用车领域中，完成市场化的发展目标。当前发展状态下，在京津冀、长三角、珠三角、武汉等国家重点发展地区，凭借着区域的经济发展优势，已经进行了氢燃料电池技术的示范性运行。在进行发展探索的过程中，需重点针对能源环保建设创造优势条件，并在减少污染物排放的同时，加快氢能源汽车的规模化生产。

总结：综上，氢燃料电池以自身的科技优势，有作为下一代基础能源的应用潜力与科技条件。通过对现阶段技术内容的说明，能够在发展缺陷性内容中找到针对性的优化内容，并在研究方向上，制定出明确的发展战略，为技术成长与能源转型发展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]贾秀雷，高建路.氢燃料电堆及冷却系统在实际生产中应注意的问题[J].汽车实用技术，2019（04）：22-24.

[2]柴处处，石春竹，兰培霖，等.MES系统与氢燃料电池自动化产线数据采集系统的研究与应用[J].信息技术与网络安全，2019，38（02）：46-49.

[3]赵蕴华，苑朋彬，吴云龙.基于科学计量学的中美氢燃料电池领域对比研究[J].情报工程，2018，4（04）：62-72.