燃料電池系統(tǒng)是一種高效、環(huán)保的發(fā)電系統(tǒng)，其核心是燃料電池。燃料電池是一種不靠燃燒燃料而直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。該系統(tǒng)還包括燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等組成部分。單獨的燃料電池電堆并不能用于發(fā)電，必須與這些系統(tǒng)組合成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，才能對外輸出功率。

燃料電池系統(tǒng)由燃料電池堆、氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)及電控系統(tǒng)組成。

燃料電池堆由多個單電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成，將雙極板與膜電極三合一組件（MEA）交替疊合，各單電池之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固住，就組成了質(zhì)子交換膜燃料電池堆。

通過在催化劑條件下使氫氣和空氣反應(yīng)，燃料電池發(fā)電來驅(qū)動電動機，水蒸氣是唯一的副產(chǎn)品。因此，與電池相比，燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換器，而不是存儲設(shè)備。

燃料電池電動汽車架構(gòu)的范圍從頻譜一端的“全功率”配置到另一端的“增程器”配置。

全功率：燃料電池是所有運行條件下的主要推進(jìn)源。這需要一個大而強大的燃料電池和一個小型電池。

增程器：帶有大電池的電池電動汽車與小型低功率燃料電池相結(jié)合，通過為電池供電來擴(kuò)展車輛的續(xù)航里程。然而，當(dāng)電池完全沒電時，燃料電池也無法產(chǎn)生足夠的動力來推動車輛。

燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)勢

燃料電池系統(tǒng)作為一種高效的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有許多顯著的優(yōu)勢。以下是對燃料電池系統(tǒng)優(yōu)勢的詳細(xì)分析：

高效能：燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率非常高，通常在40%至60%之間，甚至可以達(dá)到60%-80%的轉(zhuǎn)換效率，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)發(fā)電方式的效率。這意味著在產(chǎn)生相同數(shù)量的電能時，燃料電池消耗的燃料更少，能源利用率更高。

環(huán)保清潔：燃料電池在發(fā)電過程中不產(chǎn)生污染物，如二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等，因此對環(huán)境的影響較小。此外，燃料電池的排放物主要是水蒸氣，對空氣質(zhì)量和環(huán)境沒有負(fù)面影響。這種環(huán)保特性使得燃料電池系統(tǒng)成為可持續(xù)發(fā)展的理想選擇。

低噪音：燃料電池在運行過程中產(chǎn)生的噪音非常低，這對于需要保持安靜的場所，如醫(yī)院、學(xué)校和住宅區(qū)等，非常有利。低噪音特性使得燃料電池系統(tǒng)在城市和人口密集地區(qū)的應(yīng)用更具優(yōu)勢。

靈活性：燃料電池系統(tǒng)可以根據(jù)需要調(diào)整發(fā)電量，實現(xiàn)靈活的能源供應(yīng)。此外，燃料電池可以作為分布式能源系統(tǒng)的一部分，為特定區(qū)域提供電力和熱能，提高能源利用效率。這種靈活性使得燃料電池系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同場景和需求。

燃料多樣性：燃料電池可以使用多種燃料，如氫氣、天然氣、甲醇等。這使得燃料電池在能源供應(yīng)方面具有更高的靈活性和可靠性。不同燃料的選擇可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源和環(huán)境條件進(jìn)行優(yōu)化，提高能源利用效率并降低運行成本。

快速充能：與鋰電池相比，燃料電池的充能速度更快，尤其是氫燃料電池，可以在幾分鐘內(nèi)完成加氫，適合需要快速充能的應(yīng)用場合。

低溫性能好：燃料電池在低溫環(huán)境下的性能衰減較小，適合在寒冷地區(qū)或環(huán)境中使用。

燃料電池系統(tǒng)目前主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域

燃料電池的類型多種多樣，包括堿性燃料電池（AFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）以及固體氧化物燃料電池（SOFC）等。每種燃料電池都有其特定的應(yīng)用場景和優(yōu)勢。

燃料電池系統(tǒng)以其高效、環(huán)保的特性，正在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。以下是燃料電池系統(tǒng)目前主要應(yīng)用的幾個領(lǐng)域：

交通運輸：燃料電池在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用尤為突出。低溫燃料電池，如質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），因其快速啟動和低工作溫度的特性，特別適合用于電動汽車。PEMFC已成為最成熟的電動汽車電源之一。此外，燃料電池也適用于重型卡車、有軌電車等質(zhì)量較重、能量需求大的交通工具。這些交通工具采用燃料電池作為動力電源，能夠滿足長距離運輸?shù)男枨蟆?/p>

便攜式電子設(shè)備：PEMFC和堿性燃料電池（AFC）等因其低溫和快速啟動的特性，也被用于便攜式電子設(shè)備，如手機電池、筆記本電腦等。這些燃料電池能夠提供穩(wěn)定且持久的電力供應(yīng)，滿足應(yīng)急供電和高可靠性、高穩(wěn)定性供電的需要。

固定式能源系統(tǒng)：磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC）等中高溫燃料電池，適合用于固定式能源系統(tǒng)，如熱電聯(lián)產(chǎn)和分布式能源系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可與電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰值，為海島、山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)或國防（人防）供電系統(tǒng)提供電力。

航天領(lǐng)域：AFC因其在航天領(lǐng)域的特殊要求下表現(xiàn)出的穩(wěn)定性和安全性，被用于航天器的電源系統(tǒng)。

工業(yè)車輛：燃料電池在工業(yè)車輛領(lǐng)域，如叉車和牽引車等，也取得了重大突破。這些工業(yè)車輛行駛范圍小且路線固定，完全規(guī)避了加氫站數(shù)量不足帶來的影響，再加上燃料電池在環(huán)保方面的優(yōu)異表現(xiàn)，使得燃料電池在工業(yè)車輛領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

此外，燃料電池還應(yīng)用于無人機等領(lǐng)域。相對于鋰電池，燃料電池?zé)o人機續(xù)航時間更長，留空時間估算更準(zhǔn)確，飛行振動更低，紅外輻射也更低。

審核編輯：黃飛