氢燃料电池的未来，还远吗？

在文章《失去专利布局先机，国内氢燃料电池车上路难？》中，我们分析了氢燃料电池专利技术的宏观发展状况，本篇内容笔者就该项技术的微观技术特点进行介绍。

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在氢能燃料电池产业链中，燃料电池系统作为最核心的环节，包括电堆、供氢系统、进气系统等部件。其结构由阳极、阴极、电解质、外部电路构成，反应时将氢气和空气中的氧气在催化剂的作用下，将两者的化学能直接转化为电能，且反应产物只有水。

具体反应过程：氢气由燃料电池的阳极端通入，然后在阳极催化剂的作用下形成带正电荷的氢离子并穿过电解质达到阴极，与空气中的氧结合形成水，而在阳极释放的电子通过外电路传导到阴极形成回路，从而产生电流。

下面笔者将结合相关专利对氢燃料电池及相关系统进行介绍：

专利CN105591132B是由日本丰田公司于2015年11月9日申请的关于氢燃料电池系统的专利。

该专利提供的燃料电池系统具备：氢供给部，向燃料电池供给氢；压力检测部，检测氢供给配管的内压；电流检测部，检测燃料电池的电流值；及控制部，基于检测到的电流值及压力值来算出燃料电池所需的氢供给量，以将与算出的氢供给量相当的氢向燃料电池供给的方式控制氢供给部，控制部每隔第一周期基于压力值及电流值来算出氢供给量，并每隔比第一周期短的第二周期取得压力值，在基于取得的压力值而判断为需要供给氢的情况下，将与上一次算出的氢供给量相当的氢向燃料电池供给。

图1 专利CN105591132B提供的燃料电池系统

专利CN210429978U是由大连依勒斯涡轮增压技术有限公司于2019年08月21日申请的一篇关于氢燃料电池系统的专利。

该氢燃料电池系统包括氢燃料电池和与氢燃料电池的负极气体进口相连的高压储氢罐，高压储氢罐与氢燃料电池间还设有用以在高压氢气驱动下运转的二级涡轮机。高压储氢罐和氢燃料电池之间设有二级涡轮机，高压氢气能够推动二级涡轮机转动。一方面二级涡轮机能够降低氢气压力，经过降压的氢气可直接通入氢燃料电池中；另一方面二级涡轮机在氢气的推动下运转，二级涡轮机能够作为动力元件向外输出动能，使高压氢气的能量得到利用，从而达到提高氢燃料电池系统效率的目的。

图2 专利CN210429978U提供的一种氢燃料电池系统

氢燃料电池系统中，电堆是将氢氧化学反应转化为电能的核心部件，在氢燃料电池成本中占到一半左右。其中膜电极是电堆的核心部件，占据60%的生产成本，其主要成本构成便来自于价格昂贵且稀有的铂金催化剂。另外，相比充电站，加氢站建设成本更高，制约因素更多，这也成为氢燃料电池汽车大规模普及的一大障碍。

所以，目前氢能发展仍然面临制氢、储氢、用氢各环节的高昂成本，以及产业链上游核心部件电堆的铂金依赖。

尽管受到成本、技术、基础设施等诸多因素制约，我国氢燃料电池汽车发展面临诸多挑战，但随着我国在氢燃料电池产业国家顶层设计、基础设施建设、产品技术提升以及氢能供应保障等方面的不断完善，尤其是在燃料电池汽车示范城市群等政策资金支持下，我国氢能及燃料电池汽车产品必将取得长足的发展。

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相信在未来，随着“碳达峰、碳中和”的“双碳”目标的进一步实施和燃料电池汽车示范城市群的启动，国内氢能及燃料电池汽车产业必将迈进一个新的发展阶段。

作者简介：丰秀珍，集慧智佳能源材料事业部咨询师。

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