氫燃料電池（氫 燃料 Cell）是一種在常溫下便能使氫能轉(zhuǎn)化為電能的動(dòng)力裝置，該裝置本質(zhì)上并不是儲(chǔ)能電池，而是氫-電反應(yīng)堆，是能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“發(fā)電廠”。氫燃料電池具備比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率和能量密度更高的特點(diǎn)，且不受卡諾循環(huán)的限制，因此，其還是一類清潔動(dòng)力裝置，并被廣泛應(yīng)用于交通(小汽車、大巴車、摩托車、自行車)、物流運(yùn)輸(地牛、卡車)、船舶、飛機(jī)和無人機(jī)等領(lǐng)域。
1842年，William Grove實(shí)現(xiàn)了將氫氣和氧氣混合產(chǎn)生電能，且以此研制出了第一塊燃料電池，并將其稱之為氣體電池。隨后，在20世紀(jì)60年代，燃料電池在美國(guó)的太空計(jì)劃中得到了第一次實(shí)際應(yīng)用。而燃料電池的興起和商業(yè)化則是發(fā)生在21世紀(jì)，此時(shí)日本豐田汽車公司推出的第一款燃料電池汽車Mirai，本田汽車公司推出了燃料電池銷售車型Clarity，以及國(guó)際上試飛了多種型號(hào)燃料電池?zé)o人機(jī)。
氫燃料電池可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的不同分為管式和平板式，也可按工作溫度，分為低、中和高溫燃料電池；但不管是哪種類別的氫燃料電池，其一般都由電堆及電控輔助系統(tǒng)組成，且工作原理均是通過氧化還原反應(yīng)，把貯存在燃料和中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。未來，氫燃料電池將以提高電池性能和壽命為目標(biāo)，并朝著模塊化和系列化方向發(fā)展。另外會(huì)加強(qiáng)相關(guān)配套設(shè)施的建設(shè)，如制氫、儲(chǔ)氫、加氫等全產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，逐步形成網(wǎng)絡(luò)化加氫站；并建立和完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以減小制氫污染、降低制氫能耗。
發(fā)展歷史
發(fā)現(xiàn)
1839年，威爾士科學(xué)家威廉·葛洛夫（William Grove）首次證明了燃料電池，隨后在1842年，William Grove通過將氫氣和氧氣混合來產(chǎn)生電能從而研制出了第一塊燃料電池，并將其稱為氣體電池，且提出，提高電池性能的關(guān)鍵是強(qiáng)化氣體、電極和電解液之間的相互作用。
1889年，L.mond 和 C.Langer 將浸有電解質(zhì)的多孔材料作為電池隔膜，鉑黑為催化劑，鉆孔的鉑或者金片作為電流收集器，組裝出了燃料電池。該電池以氫與氧為燃料和氧化劑，在工作電流密度為3.5mA/cm2時(shí)，電池可輸出電壓0.73V，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近現(xiàn)代的燃料電池。
改善性能
1932年，英國(guó)工程師F.T.Bacon 提出5kW中溫（200℃）“培根型”堿性燃料電池的構(gòu)建，后又在1952年，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，并提出雙孔結(jié)構(gòu)電極的概念，且將非金屬催化劑和自由電解質(zhì)應(yīng)用到燃料電池中。
20世紀(jì)60年代初，通用電氣研制出一種質(zhì)子交換膜燃料電池，這種電池將離子交換膜作為電解質(zhì)隔膜，并使用高擔(dān)載量的鉑黑作為催化劑。在1960年，該燃料電池被首次用作雙子星（Gemini）飛船的主電源，燃料電池在美國(guó)的太空計(jì)劃中得到了第一次實(shí)際應(yīng)用，之后是“阿波羅計(jì)劃”，但由于技術(shù)的不成熟，極大限制了燃料電池的使用壽命。
1960年，杜邦發(fā)明了含的磺酸型質(zhì)子交換膜。通用電氣公司采用這種膜組裝出的質(zhì)子交換膜燃料電池，運(yùn)行壽命可超過57000h，這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。
20世紀(jì)70年代，隨著世界能源危機(jī)的出現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)化石燃料可以經(jīng)過重整或者氣化轉(zhuǎn)化為富氫燃料用于燃料電池發(fā)電之后，各國(guó)開始廣泛研究以凈化重整氣為燃料的磷酸燃料電池和以凈化天然氣、煤氣為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池，來提高燃料的利用率，應(yīng)對(duì)能源危機(jī)。
1983年，加拿大斥資支持巴拉德（Ballard）動(dòng)力公司開展燃料電池研究。巴拉德動(dòng)力公司于1993年推出了第一輛燃料電池公共汽車，為后續(xù)燃料電池汽車的發(fā)展明確了研發(fā)和優(yōu)化方向。之后燃料電池技術(shù)得到了較快發(fā)展，在新能源汽車與分布式發(fā)電領(lǐng)域均取得了豐碩成果。20世紀(jì)80年代以來，在各國(guó)科學(xué)家的努力下，電極結(jié)構(gòu)立體化、大幅度降低催化劑鉑的用量、膜電極組件的熱壓合，以及電池內(nèi)水傳遞和平衡等一系列技術(shù)問題都被解決，氫燃料電池的性能顯著提升，氫燃料電池的發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。2005年，德國(guó)的燃料電池輔助動(dòng)力潛艇正式服役。
民用商業(yè)化
2014年，日本豐田汽車隆重推出新產(chǎn)品——民用商業(yè)化的燃料電池汽車“Mirai”，這是燃料電池商業(yè)化的一個(gè)重大開端。同年，廣汽本田公司也推出了其燃料電池銷售車型Clarity，現(xiàn)代汽車汽車公司也相繼上市了燃料電池汽車 NEXO。
2016年，上汽集團(tuán)開發(fā)出的榮威牌CSA7003FCEV燃料電池車獲得了工信部的公證報(bào)告。到2021年，質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的質(zhì)量比功率和體積比功率已分別達(dá)到或超過2kW/kg和3kW/L，比如豐田汽車的“Mirai”燃料電池汽車，本田汽車的“Clarity”燃料電池汽車，以及現(xiàn)代汽車的“Nexo”燃料電池汽車，成為商用fcv的代表性產(chǎn)品。氫燃料電池正在逐步實(shí)現(xiàn)商用，這將提高燃料的利用效率，有效緩解全球溫室效應(yīng)。
到2023年，熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展較為迅速，尤其是在日本，燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)該系統(tǒng)可為每個(gè)家庭節(jié)約近三成的燃?xì)狻㈦娏M(fèi)用，與傳統(tǒng)的燃煤供暖相比能夠有效減少對(duì)環(huán)境的污染，并且溫室氣體減排量可達(dá)到每年約39%。
工作原理
氫燃料電池是以氫氣或富氫氣體為燃料，通過電化學(xué)反應(yīng)的方式，等溫地把貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能（直流電）的裝置。
如下圖（a），當(dāng)向外電路中施加一定的電壓，水可以被分解為氫氣和氧氣；而通過下圖（b）所示的實(shí)驗(yàn)裝置可在外接電路中的電流計(jì)中檢測(cè)到一定的電流，該過程即是氫燃料電池電化學(xué)反應(yīng)最基本的過程原理，也是電解水的逆過程，氫氣和氧氣再重新組合，并在外電路中產(chǎn)生了電流。雖然這一過程與氫氣“燃燒”的產(chǎn)物相同，但與真正的氫氣燃燒過程不同，燃料電池中的電化學(xué)反應(yīng)是不經(jīng)過熱機(jī)過程而直接產(chǎn)生電能的，無“燃燒”“火焰”的特征。
氫燃料電池中的反應(yīng)式為：
陽極反應(yīng)式：
陰極反應(yīng)式：
總反應(yīng)式：
氫燃料電池的工作原理如下圖所示，電解質(zhì)將兩個(gè)半反應(yīng)分開，氫離子在電解質(zhì)內(nèi)進(jìn)行遷移，電子在外電路中定向流動(dòng)，形成總的電回路，電回路的電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反。兩個(gè)半反應(yīng)分別在陽極和陰極進(jìn)行，陰極由氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)，陽極為還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)。對(duì)于外電路的正極與負(fù)極，由原電池的定義，陰極為電池的正極，陽極為電池的負(fù)極。
氫燃料電池的燃料和氧化劑不是貯存在電池內(nèi)，而是貯存在電池外部的貯罐（儲(chǔ)氫系統(tǒng)）中。當(dāng)氫燃料電池工作時(shí)（輸出電流并做功時(shí)），需要系統(tǒng)不間斷地向電池內(nèi)輸入燃料（純氫、各種富氫氣體等）和氧化劑（純氧、凈化空氣等氣體）用以發(fā)電，同時(shí)排出反應(yīng)產(chǎn)物。
基本結(jié)構(gòu)
氫燃料電池的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)包括電堆和電控輔助系統(tǒng)。
電堆
電堆是燃料電池的核心組件，是由多片單體燃料電池串聯(lián)或并聯(lián)組成的具有一定功率的電池組，各個(gè)單體電池的電壓之和等于整個(gè)電堆的輸出電壓。在電堆工作過程中，電池結(jié)構(gòu)中伴隨著燃料、氧化劑及冷卻劑等流體的輸入與輸出，電堆結(jié)構(gòu)需要完成流體的分配和水泵機(jī)械密封的功能。此外，電堆作為動(dòng)力輸出源，通常具備著高電流和高電壓，因而電堆需要滿足電氣絕緣這一基本功能。
氫燃料電池電堆主要由雙極板、離子選擇性電極組件、密封墊片、排熱板、集電極、 絕緣板、端蓋板等零件組成，其中膜電極的結(jié)構(gòu)又可分解為氣體擴(kuò)散層、催化層、質(zhì)子交換膜。氫燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在膜電極中。
電堆具有復(fù)雜且精細(xì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，電堆由多組單電池單元疊片而成，再加上兩側(cè)的正負(fù)極集流板，以及最外側(cè)的端板構(gòu)成。其中每個(gè)單電池單元由膜電極組件、相鄰的兩個(gè)密封件及兩個(gè)陰陽單極板構(gòu)成，陰陽單極板組合可構(gòu)成一片雙極板；電堆疊片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是通過外部的緊固螺栓或者捆扎帶所施加的組裝力來保持的，組裝力施加在端板上，端板作為電堆的結(jié)構(gòu)件需要具有一定的強(qiáng)度和剛度，以保證組裝力的穩(wěn)定及組裝力在電池平面上的均勻分配；各節(jié)單電池單元以串聯(lián)的方式連接起來，雙極板作為電功率輸出端子將電堆功率輸出至外部負(fù)載。
雙極板
電池電堆由多個(gè)單電池疊裝而成，電池之間的連接直接由極板完成， 除了電池堆兩端的極板外，中間的極板一面是陽極，另一面是陰極，故稱為雙極板。雙極板起電池間的隔離作用。雙極板上有流道，是提供燃料（氫氣）和氧化劑（氧氣或空氣）的通道。反應(yīng)后剩余的反應(yīng)氣體和反應(yīng)產(chǎn)生的水經(jīng)過雙極板流道排出電池。雙極板兩面都有流道。
膜電極
氫燃料電池是將質(zhì)子交換膜、催化層、擴(kuò)散層集成一體，稱為膜電極組件，是燃料電池的核心部件。其中：
質(zhì)子交換膜
質(zhì)子膜主要用來隔離陰極、陽極反應(yīng)的氣體和電子，并傳遞氫離子。質(zhì)子交換膜主要有全氟磺酸型 ，部分氟化磺酸型和新型非氟聚合物等類型。
為滿足燃料電池的應(yīng)用，質(zhì)子交換膜要達(dá)到以下要求：
催化層
催化層中的催化劑的存在可以加速氫燃料電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，使得氫離子的生成速度加快，其轉(zhuǎn)移速度也會(huì)隨之增加，從而保障電池的電量供應(yīng)。電池的催化層是整個(gè)電池的核心。氫燃料電池的催化劑需要能夠經(jīng)受電解質(zhì)的腐蝕，并擁有較高的催化活性。最早的燃料電池催化劑使用鉑作為催化劑的主要成分。質(zhì)子膜燃料電池領(lǐng)域已開發(fā)出的催化劑有鉑黑催化劑、Pt/C催化劑、PtM催化劑、非鉑催化劑和非金屬催化劑。
氣體擴(kuò)散層
氣體擴(kuò)散層位于膜電極的最外層，在氫燃料電池中起到支撐催化層、導(dǎo)氣排水和傳遞電流等重要作用。一般氣體擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)分為兩層，分別是多孔炭纖維基底和微孔層。其中多孔炭纖維基底是氣體擴(kuò)散層中起支撐作用的部分。常見的多孔碳纖維基底一般是碳紙和碳布，由于碳紙?jiān)诤穸取⒖讖胶蜋C(jī)械強(qiáng)度上具有明顯優(yōu)勢(shì)，成為了氫燃料電池中氣體擴(kuò)散層的主要材料。
集電極、密封墊片、絕緣板
集電極板為銅板制作，安裝在電池堆兩端，是電池堆的電力輸出端。為了防止工作氣體與防凍液的泄露，在所有疊裝的零件之間都要墊密封墊片，密封墊片由專用橡膠片切成。截止2023年，許多燃料電池生產(chǎn)已不使用密封墊片，采用燃料電池專用密封膠粘合疊裝的零件，提高生產(chǎn)效率。絕緣墊片安裝在集電極板與端蓋之間，防止端蓋帶電。由絕緣性好，有一定彈性的合成材料制成。
電控輔助系統(tǒng)
電控輔助系統(tǒng)一般包括燃料子系統(tǒng)、空氣子系統(tǒng)、熱管理子系統(tǒng)和系統(tǒng)控制器等部分，燃料子系統(tǒng)、空氣子系統(tǒng)和熱管理子系統(tǒng)在系統(tǒng)控制器的控制下，分別將燃料、空氣和防凍液導(dǎo)入到電堆相應(yīng)腔體，為電堆提供穩(wěn)定運(yùn)行的條件，電堆的反應(yīng)性能和運(yùn)行穩(wěn)定性很大程度上取決于電堆與輔助系統(tǒng)的匹配條件。
空氣供給系統(tǒng)組成部件包括：空氣壓縮機(jī)、加濕冷卻器、空氣供應(yīng)管道、回流管、背壓閥等。氫燃料電池運(yùn)行時(shí)，空氣壓縮機(jī)將環(huán)境空氣加壓輸送到加濕冷卻器中，在加濕冷卻器中進(jìn)行加濕降溫，通過空氣供應(yīng)管路輸送到電堆陰極氣體流場(chǎng)中，未完全反應(yīng)的多余氣體則通過回流管高壓止回閥排入大氣中。
熱管理子系統(tǒng)根據(jù)散熱方式不同可劃分為多種類型，其中氫燃料電池系統(tǒng)最常用冷卻方式是水冷型。水冷型熱管理系統(tǒng)的部件組成主要包括：冷卻水泵、節(jié)溫器、散熱器、加熱器、冷卻水箱、防凍液管路等。當(dāng)氫燃料電池冷啟動(dòng)時(shí)，加熱器會(huì)對(duì)冷卻水進(jìn)行迅速加熱升溫以滿足電堆溫度需要，加快化學(xué)反應(yīng)速率；氫燃料電池負(fù)載功率過大產(chǎn)生較多熱量時(shí)，冷卻液流經(jīng)電堆內(nèi)部將多余的廢熱帶出，使電堆溫度降低。
主要分類
氫燃料電池的分類跟燃料電池的分類是如出一轍的，其可以根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的不同、工作溫度的不同、使用電解質(zhì)的不同以及支撐方式的不同等多個(gè)維度來進(jìn)行分類。
按使用電解質(zhì)的不同分
氫燃料電池按照使用電解質(zhì)的不同分為堿性燃料電池（Alkaline 燃料 Cell，AFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（質(zhì)子 Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、熔融碳酸根燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）和固體氧化物燃料電池（固體 氧化物 Fuel Cell，SOFC）。下表詳細(xì)闡述了不同電解質(zhì)燃料電池的導(dǎo)電離子、工作溫度、燃料、氧化劑、催化劑、系統(tǒng)發(fā)電效率、性能特點(diǎn)以及常用領(lǐng)域。
按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的不同分
氫燃料電池可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的不同分為管式和平板式。管狀單電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將其一邊的底部密封，而另一邊則是由敞開的管道。由內(nèi)向外分別是起到支撐作用的多孔結(jié)構(gòu)管、陰極、電解質(zhì)和陽極。管式結(jié)構(gòu)的氫燃料電池具有不需要高溫封接隔離陰陽極內(nèi)的流體，持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行、優(yōu)良的熱循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)。
但是管式結(jié)構(gòu)也存在很多限制，如電流流經(jīng)的路徑長(zhǎng)且相關(guān)構(gòu)件的電導(dǎo)率低，因此它的輸出功率密度明顯低于平板式結(jié)構(gòu)。另外，平板結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵構(gòu)件的制備工藝不復(fù)雜且原材料廉價(jià)，易于大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。但是平板式氫燃料電池也受到密封難度大和機(jī)械性能弱的限制。
按工作溫度不同分
氫燃料電池根據(jù)工作溫度可以劃分為低、中和高溫燃料電池。其中低溫燃料電池工作溫度通常低于100℃，中溫燃料電池工作溫度通常在100～300℃，高溫燃料電池工作溫度通常在600～1000℃。
按支撐方式的不同分
在制備單電池的時(shí)候可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景以及對(duì)機(jī)械性能的需求，選擇使用多孔介質(zhì)或氫燃料電池的任意關(guān)鍵組件作為支撐結(jié)構(gòu)。根據(jù)作為支撐結(jié)構(gòu)的任意關(guān)鍵部件的不同可以分為陽極支撐、電解質(zhì)支撐和陰極支撐氫燃料電池。下表展示了不同支撐方式的優(yōu)缺點(diǎn)：
主要特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
應(yīng)用領(lǐng)域
氫燃料電池的原料通常只是氫氣和氧氣，利用氫氣和氧氣就可源源不斷地產(chǎn)生電能，排放物只有水，不對(duì)環(huán)境造成任何污染，屬第四代最穩(wěn)定的發(fā)電技術(shù)，是真正意義上的清潔能源。同時(shí)氫的能量密度是汽油的3倍左右，氫-電反應(yīng)堆的能量轉(zhuǎn)換效率甚至高達(dá)60%~80%，而普通汽油內(nèi)燃機(jī)的熱能利用率只有25%左右，氫燃料是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率的2倍多。另有實(shí)驗(yàn)表明，氫燃料如果爆燃，發(fā)熱量較少，火焰上升速度快，使得比汽油更安全，因此氫燃料電池已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域中作為動(dòng)力來源、清潔能源。
交通領(lǐng)域
氫燃料電池已應(yīng)用于大客車、小汽車等客運(yùn)交通工具。例如，自2003年起，中國(guó)科技部聯(lián)合全球環(huán)境基金（GEF）和聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署（UNDP） 在中國(guó)開始組織實(shí)施“中國(guó)燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項(xiàng)目”。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)上，分別投入了3輛和6輛氫燃料大客車進(jìn)行會(huì)務(wù)服務(wù)和示范運(yùn)行。2014年11月的美國(guó)洛杉磯車展上，豐田汽車公司推出氫燃料電池小汽車Mirai（日語“ 未來” 或“ みらい”）是世界上首款進(jìn)行商業(yè)銷售的氫燃料電池小汽車。氫燃料電池汽車兼具無噪聲、無污染、動(dòng)力高等特點(diǎn)，用氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)代替常規(guī)驅(qū)動(dòng)裝置，并額外增加了儲(chǔ)氫體系、加氫口和H2安全報(bào)警裝置。
物流領(lǐng)域
由于貨車，特別是重型卡車，載重大、行程遠(yuǎn)，傳統(tǒng)電池技術(shù)不能滿足這類用于物流運(yùn)輸?shù)能囕v的需求。氫燃料電池技術(shù)憑借燃料質(zhì)量輕、燃料加注快、續(xù)航里程長(zhǎng)和零排放等特點(diǎn)，使得業(yè)界普遍認(rèn)為氫燃料電池技術(shù)適用于物流運(yùn)輸車輛。例如，2016年8月底和12月初，美國(guó)尼古拉汽車公司（Nikola Motor）在鹽湖城先后正式宣布和對(duì)外展示了Nikola One氫燃料電池重載卡車。該車在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用定制的800V氫燃料電池系統(tǒng)提供電力。
物流領(lǐng)域大量使用叉車。電動(dòng)叉車因?yàn)樾矢摺⒃胍舻鸵约肮ぷ髦袩o排放等特點(diǎn)而得到大量應(yīng)用，特別是在冷鏈倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。
船舶領(lǐng)域
為了實(shí)現(xiàn)船舶的零碳和零污染，多種零碳船動(dòng)力技術(shù)路線應(yīng)運(yùn)而生，其中氫燃料電池具有無排放、無污染及續(xù)航長(zhǎng)等特點(diǎn)，用于船舶有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。氫燃料電池在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用可追溯到2000年6月，可載客22人的Hydra（船）在德國(guó)開始示范運(yùn)營(yíng)。該船的創(chuàng)意由Christian Machens于1999年提出。Hydra也獲得了勞埃船級(jí)社的正式認(rèn)證，其氫燃料電池系統(tǒng)在氣溫低于冰點(diǎn)的情況下也能啟動(dòng)。
其他領(lǐng)域
氫燃料電池在飛機(jī)、無人機(jī)、摩托車和自行車等領(lǐng)域也有應(yīng)用。
2003年，第一架完全由氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的螺旋槳飛機(jī)試飛。2008年2月，波音公司和歐洲的合作伙伴成功試飛了一架有人駕駛的氫燃料電池飛機(jī)。2016年12月，由德國(guó)航天中心(GermanAerospace Center,DLR)參與的HY4成功飛行，是世界上第一架載客氫燃料電池飛機(jī)。
2009年美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的Ion Tiger使用氫燃料電池的無人機(jī)飛行了23小時(shí)17分鐘。2011年，有報(bào)道稱波音已完成一款名為Phanton Eye（幽靈之眼）的無人機(jī)的行試。
2005年，英國(guó)公司智能能源生產(chǎn)了使用氫氣做動(dòng)力的摩托車ENV，其自帶的氫氣可以行駛4小時(shí)，最高時(shí)速80 km / h，里程160公里。2004年，也有一些廠家將氫燃料電池應(yīng)用于自行車和踏板車。
發(fā)展趨勢(shì)
應(yīng)用層面
隨著氫燃料電池成本的不斷下降，其應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)量在不斷拓展和上升，已初步形成良好的良性循環(huán)。氫能因生態(tài)友好、高效及應(yīng)用場(chǎng)景廣泛的優(yōu)勢(shì)，已被世界各國(guó)作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略之一。交通和物流領(lǐng)域是治理空氣污染的重點(diǎn)領(lǐng)域，而氫燃料電池既有利于環(huán)境保護(hù)，又可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，氫燃料電池將逐步成為領(lǐng)域內(nèi)主打技術(shù)。例如中國(guó)已經(jīng)明確提出未來要實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”兩大目標(biāo)，那么氫燃料作為未來能源的普及使用，以及以氫為主要能量作為移動(dòng)的汽車的量產(chǎn)化將會(huì)對(duì)未來的工業(yè)生產(chǎn)、能源創(chuàng)新以及環(huán)境保護(hù)具有特殊的意義。
技術(shù)層面
氫燃料電池將以提高電池性能和壽命為目標(biāo)，并朝著模塊化和系列化技術(shù)方向發(fā)展。另外會(huì)加強(qiáng)相關(guān)配套設(shè)施的建設(shè)，如制氫、儲(chǔ)氫、加氫等全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的建設(shè)，逐步形成網(wǎng)絡(luò)化加氫站；并建立和完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以減小制氫污染、降低制氫能耗。
電堆測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)
氫燃料電池的工作性能受多種因素的影響，如氫氣流量、溫度、負(fù)載等。為了保證電堆正常工作，提高電堆的轉(zhuǎn)化率、可靠性、有效性，就必須監(jiān)測(cè)這些影響因素，通過合理的手段對(duì)電堆的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)收到的信息進(jìn)行科學(xué)的分析，及時(shí)找到產(chǎn)生故障的原因，確保電堆健康運(yùn)行，減緩電堆的損耗從而延長(zhǎng)電堆的使用時(shí)限。到2023年，已經(jīng)有很多公司都在進(jìn)行氫燃料電池測(cè)控系統(tǒng)的研究，同時(shí)也是高校科研院所重點(diǎn)研究方向。氫燃料電池測(cè)控系統(tǒng)的開發(fā)對(duì)燃料電池技術(shù)的研究具有基礎(chǔ)支撐作用，為電堆的設(shè)計(jì)和電堆性能分析提供了參考。所以，開發(fā)一套合理的測(cè)控系統(tǒng)，能讓電堆高效率的產(chǎn)出并平穩(wěn)運(yùn)行具有現(xiàn)實(shí)的意義。
冷卻技術(shù)
工作溫度一直都是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，無論是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)還是氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)均對(duì)工作溫度具有較嚴(yán)格的要求。合理的熱管理以確保適當(dāng)?shù)哪に瑥亩_保膜的良好導(dǎo)電性；另一方面可以防止燃料電池電堆的升溫。熱管理系統(tǒng)常用的冷卻方式主要有水冷、風(fēng)冷、導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)冷卻和相變冷卻等，大多數(shù)氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是風(fēng)冷式和水冷式。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池電堆有效冷卻的目標(biāo)，研究者做出了大量的努力，并嘗試了不同的冷卻技術(shù)。如建立氫燃料電池水冷系統(tǒng)的機(jī)理模型，通過改變冷卻劑進(jìn)口溫度，增加進(jìn)出口冷卻液溫度差，增加負(fù)載電流來研究冷卻液對(duì)電堆散熱效果的影響。對(duì)于大功率燃料電池的散熱更適用冷卻液冷卻和相變冷卻方式，但相變冷卻存在遲滯性較大和不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，到2023年也應(yīng)用較少，越來越多的氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)采用冷卻液散熱方式。
面臨挑戰(zhàn)
作為新興產(chǎn)業(yè)，氫燃料電池在大規(guī)模普及與應(yīng)用方面仍面臨以下諸多的挑戰(zhàn)：
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
參考資料 >
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