「学习」-燃料电池-1

自从克强总理出访日本，被安倍重点安利了丰田的燃料电池车后，国内就刮起了燃料电池风，作为包括福特在内众多汽车厂商一致看好的未来新能源技术，我也赶个时髦，学习学习这是个啥东东。
今天先从分类，基础原理开始逐步了解。

分类

如下图：

燃料电池分类.png

其实国内现在说的比较多的燃料电池，都主要是指的质子交换膜氢燃料电池，或则叫固体聚合物电解质氢燃料电池。其主要原理如下：

相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
阳极（负极）：2H2 – 4e = 4H+
阴极（正极）：O2 + 4e + 4H+ = 2H2O
注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5~1V之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆。

上边这个过程，可以想象有两个屋子，一边装了氢气，一边装了氧气，然后氢气那边不停分解变成质子和电子，然后屋子和屋子之间有一个隔板，这个隔板有个特性只能让质子通过，氢气，电子，氧气都不能通过，然后质子就不停的往氧气那屋跑然后和氧气以及从另外渠道过来的电子嗨一下变成了水，电子怎么到氧气那屋呢？电子到氧气的渠道就是电线，然后电子在电线里跑着就形成了电流，大概就是这样，当然实际情况还要更复杂。

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所以质子交换膜氢燃料电池，最重要的就是这个质子交换膜和一个被称为双极板的东西，当然，催化剂，扩散层，密封等等也很重要。可以看看上边两个图直观感受下。
质子交换膜和双极板现在国内都有能力做，但质量和产能是否能保证那就不是太清楚了，毕竟了解的还是太少。
质子交换膜最常用的材料是类似杜邦Nafion的全氟材料，这是一种聚氟类材料，通常称：全氟磺酸树脂，分子式如下：

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是由聚四氟乙烯（做不沾锅的材料）和全氟磺酸癸烯共聚合成的聚合物。
除杜邦外，国内有部分厂家据报道也有研发和生产质子交换膜的能力，包括：上海神力，东岳未来等。
具体产业链情况和相关企业如下：

产业链

产业链信息1.jpg

这个产业链严格来讲应该是氢燃料电池产业链，而且应该是质子交换膜氢燃料电池产业链，这条链条上，除了本身燃料电池的相关技术外，还有两大块内容很重要，一个是围绕电池相关配套技术，包括电控，安全，具体应用领域的成套系统，如配合汽车电机的成套系统等；另一个是涉及氢能的制造、运输、存储、以及加气站的建设等。
一方面是技术瓶颈，另一方面是产业瓶颈，氢燃料电池要发展恐怕还是需要较长的时间。
具体产业链上的企业如下：

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上述这些企业中，个人比较关注的国内企业包括：大洋电机，上海神力，新源动力，富瑞特装，分别对应电池配套，质子交换膜，电池和氢能领域。另外关注上述企业还有一个就是大洋，上海神力，新源动力其在专利方面的表现比较复合其技术发展的相关與情信息。
另外，在这个领域中国外企业和国内企业的合作动向也值得关注，例如大洋电机、潍柴动力和Ballard的合作。
Ballard是一家加拿大公司，1979年成立，最开始是一家研发和生产锂电的公司，通过发展，已经成为全球多家知名车企的合作商，其现在重点研发方向是PEM燃料电池，是全球知名的PEM燃料电池生产商。

氢燃料电池，现在更多关注的应用是汽车领域，除了轿车外，最实际应用的是重型车辆和客车。
轿车方面，现在最知名的是丰田的Mirai，也就是克强总理看的那台车。下一篇收集整理一些关于Mirai的信息，这篇先到这。