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華璞恒創(chuàng)儀器在燃料電池行業(yè)中的應(yīng)用方案

一、燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀

燃料電池是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。單體燃料電池是由正負(fù)兩個電極（負(fù)極即燃料電極，正極即氧化劑電極）以及電解質(zhì)組成。

不同的是，一般電池的活性物質(zhì)儲存在電池內(nèi)部，電池容量因此受到限制。而燃料電池的正、負(fù)本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀為2021年中國燃料電池注冊數(shù)量最多地區(qū)為廣東1924家，其次是江蘇地區(qū)燃料電池注冊數(shù)量1358家。

由于燃料電池是通過把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受效應(yīng)的限制，因此效率高；另外，燃料電池用燃料和作為原料，同時沒有機(jī)械傳動部件，故排放出的有害氣體極少，使用壽命長。由此可見，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

二、燃料電池發(fā)展前景

2020年是全球氫能發(fā)展加速之年，碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略下脫碳成為全球氫能發(fā)展的第一驅(qū)動力。在此背景下，我國提出二氧化碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。低碳清潔的氫能源成為實(shí)現(xiàn)碳中和路徑的重要抓手。在政策的推動下，未來我國氫能源行業(yè)將進(jìn)一步擴(kuò)大市場，氫燃料電池汽車迎來新的發(fā)展方向。

氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈上游氫能源行業(yè)符合我國能源轉(zhuǎn)型需求，下游新能源汽車市場規(guī)模增長迅速，產(chǎn)業(yè)鏈上下游均為有良好前景的藍(lán)海市場。在雙碳的大背景下，氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的未來發(fā)展?jié)摿Υ?。根?jù)發(fā)展規(guī)劃測算，2020—2035年，氫燃料電池汽車的保有量的增長空間有望達(dá)十年百倍。

三、燃料電池—?dú)淙剂想姵卦砑皹?gòu)成

將燃料的電化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。對應(yīng)的采用氫氣作為燃料的燃料電池就是氫燃料電池。它可以理解為水電解成氫氣和氧氣的逆反應(yīng)。

氫氣通過燃料電池的正極當(dāng)中的催化劑（鉑）分解成電子和氫離子（質(zhì)子）。其中質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane）到達(dá)負(fù)極和氧氣反應(yīng)變成水和熱量。對應(yīng)的電子則從正極通過外電路流向負(fù)極產(chǎn)生電能。

燃料電池雙極板（bipolar plate，BP）：傳導(dǎo)電子、分配反應(yīng)氣并帶走生成水：石墨/金屬極板

膜電極組件（MEA）是集膜、催化層、擴(kuò)散層于一體的組合件，是燃料電池的核心部件之一。

? 質(zhì)子交換膜

? 氣體擴(kuò)散層：在質(zhì)子交換膜燃料電池中，氣體擴(kuò)散層位于流場和催化層之間，其作用是支撐催化層、穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)，并具有質(zhì)/熱/電的傳遞功能。因此必須具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、合適的孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性。-碳紙

? 催化劑

燃料電池是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，由燃料和氧化劑供給系統(tǒng)，水管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等幾個子系統(tǒng)組成。燃料電池含有陽陰兩個電極，分別充滿電解液，而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構(gòu)成。氫氣由陽極進(jìn)入供給燃料，氧氣或空氣由陰極進(jìn)入電池。

四、燃料電池行業(yè)中的應(yīng)用