氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲(chǔ)存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極。

和普通電池一樣，燃料電池由陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)組成。大部分燃料電池汽車(chē)使用聚合物交換膜燃料電池（PEMFC）。氫燃料電池的基本工作原理是將氫氣送到燃料電池的陽(yáng)極板（負(fù)極），經(jīng)過(guò)催化劑——鉑的作用，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來(lái)，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池陰極板（正極），與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水，如圖所示。

由于供應(yīng)給陰極板的氧，是從空氣中獲得的，因此只要不斷地給陽(yáng)極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時(shí)把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲(chǔ)能，確切地講應(yīng)該稱為氫發(fā)電裝置。

氫燃料電池與其他電池的區(qū)別

干電池、蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，是把電能貯存起來(lái)，需要時(shí)再釋放出來(lái)；而氫燃料電池嚴(yán)格地說(shuō)是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)發(fā)電裝置。另外，氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成，這是氫燃料電池的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面，還要對(duì)電池的化學(xué)反應(yīng)起催化作用。

豐田汽車(chē)公司已推出氫燃料電池汽車(chē)，并將在2015年上半年上市。2014年1月6日知名汽車(chē)廠商日本豐田宣布，面向其他廠商無(wú)償提供5，680項(xiàng)燃料電池相關(guān)的技術(shù)專利授權(quán)，包括燃料電池、儲(chǔ)氫罐、電池控制系統(tǒng)等方面的技術(shù)專利，豐田此舉是為推動(dòng)以氫為主要燃料的電動(dòng)車(chē)推廣和普及。氫燃料電池技術(shù)是未來(lái)改變?nèi)祟惿畹氖笮录夹g(shù)之一，將成為解決石油危機(jī)的新途徑。

燃料電池汽車(chē)

其實(shí)氫燃料電池已不是什么全新的技術(shù)，20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。

進(jìn)入70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進(jìn)的制氫技術(shù)，很快，氫燃料電池就被運(yùn)用于發(fā)電和汽車(chē)。波音公司于2008年4月3日成功試飛氫燃料電池為動(dòng)力源的一架小型飛機(jī)。

全球范圍內(nèi)已經(jīng)掀起諸多關(guān)于氫燃料電池汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)孰是孰非的熱議，國(guó)內(nèi)輿論也不乏對(duì)中國(guó)以純電驅(qū)動(dòng)為新能源汽車(chē)戰(zhàn)略取向的質(zhì)疑。

氫燃料電池汽車(chē)是終極環(huán)保汽車(chē)。氫燃料電池汽車(chē)零排放，且一次加氫續(xù)駛里程長(zhǎng)，加氫時(shí)間短，相當(dāng)于汽油車(chē)，一直以來(lái)被作為新能源汽車(chē)技術(shù)路線之一。

氫燃料電池汽車(chē)的缺點(diǎn)

1、氫氣的來(lái)源問(wèn)題。

氫氣不像氮?dú)夂脱鯕馐强諝庵械淖钪饕M成因素，想得到氫氣可以通過(guò)電解水，但這可是個(gè)不太經(jīng)濟(jì)的方法，能量損失極大！你想，先從電解水開(kāi)始，耗費(fèi)電能，產(chǎn)生氫氣，氫氣再發(fā)電過(guò)程中還會(huì)有能量損失；電解水的電現(xiàn)在也是以煤電為主發(fā)出來(lái)的吧，燒煤發(fā)電也會(huì)有能量損失。

2、金屬鉑的稀缺。

在氫燃料電池發(fā)電的過(guò)程中會(huì)用到金屬鉑作為催化劑。這種金屬就是咱結(jié)婚買(mǎi)戒指那個(gè)比24K金更貴的那個(gè)鉑，它少啊，它貴啊，那么大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料電池，這個(gè)鉑就是瓶頸，完全沒(méi)有規(guī)模化后成本減少的效應(yīng)，反而需求越多越貴，這可怎么辦好？

3、氫氣的安全性。

有人說(shuō)帶著氫氣瓶就像帶個(gè)氫彈，到底這個(gè)氫氣瓶會(huì)不會(huì)爆炸啊？氫氣是最輕的氣體，它的擴(kuò)散性極強(qiáng)，氫的擴(kuò)散系數(shù)比空氣大3.8倍，比汽油大7.5倍，由此可以證明氫比汽油安全是有根據(jù)的。所以少量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快被稀釋成安全的混合氣。氫氣的比重小，易向上逃逸，這使得事故時(shí)氫氣的影響范圍要小得多。

4、制造和使用綠色氫氣的費(fèi)用更高。

燃料電池汽車(chē)的主要問(wèn)題是，制造驅(qū)動(dòng)它們的氫氣燃料要消耗比普通電動(dòng)汽車(chē)更多的能源。污染也是個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)題。除了甲烷轉(zhuǎn)化，獲得綠色氫氣的唯一可行的方式是通過(guò)電解。但坦白講，這一過(guò)程中消耗的電可以更好地用在普通電動(dòng)汽車(chē)上。

氫燃料電池汽車(chē)中國(guó)還沒(méi)有準(zhǔn)備好

國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)研究開(kāi)發(fā)已有15年左右歷史。在國(guó)家《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》中明確：氫燃料電池汽車(chē)與國(guó)際同步發(fā)展。但是，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展水平與先進(jìn)國(guó)家比差距加大，主要體現(xiàn)在：氫燃料電池總體上處于工程化開(kāi)發(fā)階段，功率特性、冷啟動(dòng)、可靠性等主要技術(shù)性能指標(biāo)與世界標(biāo)桿產(chǎn)品比還有很大差距，關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域所擁有的專利數(shù)目不多，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未形成體系，成本居高不下，產(chǎn)品基本不具備商業(yè)化條件。

差距加大的主要原因是相比電動(dòng)汽車(chē)，氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)門(mén)檻高，需要巨額投入，而我們技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，資金和技術(shù)力量投入嚴(yán)重不足，技術(shù)鏈不完善，產(chǎn)業(yè)化能力較弱，除上汽外，大多數(shù)整車(chē)企業(yè)在氫燃料電池汽車(chē)方面沒(méi)有開(kāi)展實(shí)質(zhì)性研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備。催化劑、雙極板等關(guān)鍵材料領(lǐng)域和高壓儲(chǔ)氫罐、空壓機(jī)、氫循環(huán)泵等關(guān)鍵零部件基本不具備產(chǎn)業(yè)化能力，產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成。

盡管如此，氫燃料電池汽車(chē)也已經(jīng)量產(chǎn)，并已開(kāi)始售賣(mài)。豐田氫燃料電池車(chē)Mirai在海外的起價(jià)為57500美元（約合人民幣35.7萬(wàn)元），但是在聯(lián)邦和州政府刺激之下降至45000美元（約合人民幣27.9萬(wàn)元）以下。在美國(guó)可以采用分期付款的形式每月499美元36個(gè)月付清。除此之外，豐田和本田還將向買(mǎi)家免費(fèi)提供三年氫氣。各大汽車(chē)公司還計(jì)劃逐步增加氫氣燃料站數(shù)目。