氢燃料电池展望

自工业革命以来，我们经历了很多次能源革命，这些能源革命伴随着人类的科技进步。发展到今天，我们的能源走出了自己发展的道路，这是我们都很清楚的。但是能源以后又会怎么发展需要我们关注。当然，此处的“以后”还不能太长，大约是未来几十年时间。

能源革命历史

在学会利用火之前，人类过着毳毛饮血的日子。钻木取火是人类在能源方面最早的一次技术革命，从利用自然火到利用人工火的转变，导致以柴薪为主要能源时代的到来，这是第一次能源革命。蒸汽机的发明，人类从此以机械动力大规模取代人力和畜力，这是第二次能源革命（也是第一次工业革命）。在第二次能源革命中，人类主要能源变为煤炭、石油、天然气等化石能源。核能的利用是人类的三次能源革命。现在利用氢作为能源，氢燃料电池发电，将氢氧化合反应的能量转化为电能，能不能说成是第四次能源革命，目前下结论尚早。

氢燃料电池是清洁能源

不可否定的是氢气作为包括汽车、工程机械等移动设备的能源补给是目前在清洁能源发展的必然。包括甲烷、NO化合物、CO2、氟利昂等温室气体的排放，会在大气层形成阻挡地球热量反射的空气层，导致地球温度升高。目前我们所使用的煤炭、石油、天然气等化石燃料与空气反应会产生CH化合物、CO化合物、NO化合物及颗粒物PM等排放物；这些物质会不同程度的污染环境，同时这些内燃机在工作工程中还会产生噪音及振动，同样对环境产生影响；而氢气与氧气在燃料电池中反应，只会产生电能和热量；作为排放物的水不会对环境产生影响。

氢气的特点

作为移动设备的汽车及移动式工程机械的能源必须满足以下条件：安全、成本低、体积小、重量轻、易反应、反应（响应）快、易获得、低污染、比能量高等。只有满足以上这些条件的能源才能作为汽车及移动式工程机械的能源。氢气是所有元素中最轻的元素；且其能量达到1.4×108J/kg，是汽油的三倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，因此是燃料中热值最高的。在常温常压下，氢气的燃点为550-600℃，相对于其它物质，其燃点高。在空气中，氢气浓度达到4-75%的含量，容易产生爆燃，达到18-60%时，会产生爆炸；因此解决氢气在使用过程中的安全，是头等大事！氢气是无色无味的气体，当产生泄漏时，需要随时监控其泄露情况，并自动采取相应的安全措施。在空旷室外场合，由于氢气是最轻的气体，泄露后直接往大气的上层走，也会减轻氢气的浓度。

燃料电池的应用

氢燃料电池在汽车及工程机械成熟运用之前，我们必须了解以下内容：

1、在氢燃料电池中，氢气输入量与输出电流的关系；

2、加入氢气后，输出的电流响应速度；

3、氢燃料电池的启动条件是怎么样的；

4、氢燃料电池在什么情况下实现停止工作，停止工作前需要达到什么条件才能不会损伤到电池本身；

5、如何使用才能延长氢燃料电池的使用寿命；

6、氢燃料电池适应于什么样的气候环境，如低温环境、高温环境及海拔高度等，对燃料电池有什么影响。

当然，问题可能不止这些，大家都可以提出自己问题。只有了解了这些问题，才能保证氢燃料电池汽车及工程机械的性能。

我们经历了从“内燃机+机械传动”到“内燃机+液力传动”及“内燃机+液压传动”的过程，也经历了油电混合及油气混合的过程。这些技术成熟或基本成熟，已经被我们掌握。目前的燃料电池技术是最近几年才在工程机械上得到应用，还处于研究阶段，远远没有达到熟练应用的程度。主要是因为电池技术需要继续发展成熟，提高能量密度及适应环境应用。现在的锂离子电池、钠离子电池、铝离子的路线必须进一步成熟并明确。钠离子电池及铝离子电池还处于研究阶段。锂离子电池基本成熟，但还有需要摸索的地方。磷酸铁锂电池的使用寿命、使用环境不明确，充放电倍率需要进一步提高；钛酸锂电池充放电倍率高，但成本不低（成本可以随着批量增大而降低）；三元锂电池的耐温性能是否适合在工程机械环境使用等。

氢燃料电池应用在汽车及工程机械上也不是一步到位的，必须经过如下阶段。第一阶段，动力电池技术的成熟；只有动力电池技术（插电技术）成熟后，才能进一步推动氢燃料电池的发展。第二阶段，动力电池（可插电）与氢燃料电池组成增程式系统应用成熟，了解氢燃料电池的性能，如安全性、响应速度、过载能力、负荷曲线等；第三阶段，在充分了解氢燃料电池性能的情况下，才可以决定是否能够单独使用。目前处于第一阶段，正准备摸索第二阶段的内容；到2030年，第二阶段基本成熟。2035年，进入第三阶段，氢燃料电池单独使用。作者：唐绪文