燃料电池行业报告：燃料电池商业化加速（35页）

行业报告下载 2019年11月25日 06:11 管理员

技术路线上，质子交换膜燃料电池 PEMFC 主导运输领域（汽车等），在固定领域则主要包括多种技术均有使用，主要有四种技术路线——熔融碳酸盐燃料电池 MCPC、固体氧化物燃料电池 SOFC、磷酸燃料电池 PAFC 和质子交换膜燃料电池 PEMFC。按照电解质的不同可将其分为五种类型，分别为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）。不同电解质类型决定了其电池使用的燃料、氧化剂、催化剂、反应温度、所需压力、极板材料不同，因此有不同的应用领域。固定领域包括主要应用于发电站、楼宇、工程等领域的大型首要电源、备用电源或热电联产(CHP)，用于家庭住宅和商业的微型热电联产(CHP)，以及远程或基本应用例如电讯塔的首要或备用电源。相较于固定领域，运输领域对氧化剂、反应温度、所需压力等发生条件的要求更严苛，因此，质子交换膜燃料电池 PEMFC 凭借对氧化剂的低要求、操作温度低、启动快等优势，主导运输领域。从电池构造来看，PEMFC 单体电池（又称电堆单元）类似一个由膜电极装置、双极板、密封垫片组成的三明治结构。膜电极 MEA 是最重要、最昂贵的部件，由质子交换膜、涂覆的铂基催化剂以及导电多孔透气扩散层（多采用碳纤维纸或碳纤维布）组成，形成燃料电池的阳极和阴极。由于氢原子需要在水分子的作用下，才能在阳极失去电子。使用传统均质质子交换膜的膜电极需要加装一个加湿器，湿润输入的氢气；使用部分复合型质子交换膜的膜电极在膜的表面含有无机吸湿材料，制成了自增湿膜，不需要额外加装加湿器。双极板是燃料电池的重要部件，其功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。

PEMFC 燃料电池为了获得更高的电压和功率，通常将多个 PEMFC 电池单体串联，形成 PEMFC 燃料电池电堆。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为 0.7 V 左右，一般需串联增加电池体电压和功率。电堆是单体电池串联在一起的电池包，生产过程为在单体电池之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢。典型供氧系统核心部件为空气压缩机。空气压缩机通过对空气进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减少燃料电池系统的尺寸。典型的氢气供应系统包括高压储氢瓶、加湿器（部分催化剂不需要）、循环装置(循环泵或引射器)、减压阀、压力调节阀、稳压罐、传感器、各种电磁阀及管路等。储氢瓶有三种技术路径：（1）高压储氢（通过提高氢气压力以减小体积，氢气为气态）；（2）低温液化储氢（氢气为液态）；（3）液体或固体储氢（利用液体或者固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用，将氢储存于固体材料中，主要包括苯、合金储氢、纳米储氢）。目前车载储氢瓶广泛应用高压储氢，比如日本丰田的 FCHV-BUS2，FCHV-4、FCHV-adv、Mirai 就采用高压储氢罐；有机液体储氢、固体储氢在不断尝试中，低温液化成本太高且附属系统庞大，不适合做车载容器。