何 奇

(長春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校，吉林 長春 130000)

1 氫燃料電池發(fā)展歷程與原理結(jié)構(gòu)

氫燃料電池是一種以氫元素為核心和基礎(chǔ)，制造儲存能力的電池。氫燃料電池發(fā)展的基本原理是電解水反應(yīng)的逆反應(yīng)，燃料電池在這樣反應(yīng)下的產(chǎn)物是電與水。電解水反應(yīng)的逆反應(yīng)具體過程如下：電池陽極部分的氫元素在催化劑催化作用下分解為質(zhì)子與電子，帶陽電荷的質(zhì)子穿越隔膜到達(dá)陰極，而帶陰電荷的電子在外部運動，產(chǎn)生電能；在陰極部分的氧離子在催化劑催化作用下與電子、質(zhì)子發(fā)生化合反應(yīng)生成水。通過大量的串聯(lián)燃料電池，形成電池組，即可以產(chǎn)生大量電能，滿足用電需要。氫燃料電池的基本結(jié)構(gòu)主要有電極、電解質(zhì)隔膜與集電器等，這些結(jié)構(gòu)共同工作，使得氫燃料電池能夠產(chǎn)生和釋放電能。

2 氫燃料電池的技術(shù)特點

相對于傳統(tǒng)燃料電池，氫燃料電池在技術(shù)上有著諸多的優(yōu)勢和優(yōu)點，具體的技術(shù)特點如下：一是氫燃料電池能量轉(zhuǎn)換率高，綠色環(huán)保。燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生和釋放電能，避免了傳統(tǒng)的燃燒或者儲能的方式會對環(huán)境造成極大的污染問題，且作為能源，氫的制備與開發(fā)同樣可以通過風(fēng)能發(fā)電、光伏電池板等方式進(jìn)行，整體的用電循環(huán)不會產(chǎn)生污染和有害物質(zhì)。二是氫燃料電池噪聲振動小、使用壽命長。燃料電池是通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電能的產(chǎn)生與釋放，只要燃料與催化劑能夠保證供給，即可保障電能產(chǎn)生。因此氫燃料電池的使用壽命遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的原電池與蓄電池。同時因為氫燃料電池發(fā)電無需機械部件的工作，因此產(chǎn)生的噪聲與振動也相對更小。三是制備原料多，能源補充迅速。氫元素在自然界廣泛地存在，且其存在形式眾多，例如水、再生能源等。這些物質(zhì)經(jīng)過制備與反應(yīng)等，可以產(chǎn)生大量的氫元素用于氫燃料電池中。除此之外，氫燃料電池進(jìn)行氫氣的補充工作一般情況下僅需要幾分鐘，能夠迅速補充能源。四是密封性嚴(yán)格。氫元素是極小的元素，容易泄露，且其較為活潑，容易與多種物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，造成不可估量的后果，因此需要嚴(yán)格的密封。

3 氫燃料電池的應(yīng)用前景

氫燃料電池經(jīng)過多年的發(fā)展，在技術(shù)上已經(jīng)有了顯著的進(jìn)步，更多的氫燃料電池開始在諸多行業(yè)領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用。就目前而言，應(yīng)用氫燃料電池最多的即是新能源汽車中，尤其是電動汽車。車用氫燃料電池有效率高、能源轉(zhuǎn)化比高、啟動速度快、環(huán)保性能好、污染小等顯著的優(yōu)勢優(yōu)點，是未來汽車動力能源的最為主要和最佳選擇之一，也是取代汽車內(nèi)燃機的一種理想方案，被稱為“汽車工業(yè)的未來”。在當(dāng)前的汽車企業(yè)公司中，主要應(yīng)用氫燃料電池的有通用汽車、豐田汽車、特斯拉、蔚來等，應(yīng)用氫燃料電池作為電動汽車的能源，一方面能夠顯著地減少因傳統(tǒng)內(nèi)燃機燃料燃燒造成的環(huán)境污染問題，同時能夠減少不可再生能源的使用消耗；另一方面也能夠推動氫燃料電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為未來新能源汽車的發(fā)展提供一定的經(jīng)驗借鑒。

目前，在通信運營商中，氫燃料電池的應(yīng)用處于起步階段，其更多地應(yīng)用于接入網(wǎng)、基站等小容量站點，而且下述幾個方面的場景對氫燃料電池起到了積極的推動作用。

(1)高效率的交流后備電源。與柴油發(fā)電機和汽油發(fā)電機進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比較高，可以超過60%，而前兩者很難超過40%。如果市電經(jīng)常出現(xiàn)停電，此時可以在通信站點選擇高效率的交流輸出氫燃料電池來取代油機發(fā)電。

(2)高效率直流后備電源。對于氫燃料電池而言，其供電系統(tǒng)輸出直流不僅可以降低后備鉛酸蓄電池容量，而且還可以直接替換自帶大容量電容的后備鉛酸蓄電池。一旦市電停電后，氫燃料電池不需要經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換就能夠直接進(jìn)行供電，從而有效降低開關(guān)電源的效率損失，提高供電效率。

(3)放開站點溫度要求后所達(dá)到的間接節(jié)能效果。對于通信站點內(nèi)而言，傳輸設(shè)備和無線設(shè)備運行過程中具有比較強的高溫適應(yīng)性，而此時的鉛酸蓄電池對環(huán)境溫度提出了嚴(yán)格的要求，因此需要對其給予高度的關(guān)注。與普通鉛酸蓄電池相比，氫燃料電池對環(huán)境溫度具有更寬的要求，具有比較強的高、低溫環(huán)境適應(yīng)性，其儲存溫度一般控制在-40℃～+60℃，工作溫度一般控制在-40℃～+45℃，此時可以結(jié)合實際情況適當(dāng)?shù)胤砰_對基站機房環(huán)境溫度的基本要求，從而確保其安全、高效運行。通過多年來的工作經(jīng)驗總結(jié)得知，對于通信站點機房而言，空調(diào)設(shè)定溫度每升高1℃，將會使空調(diào)能耗降低大概4%左右，這樣既拓寬了通信站點的溫度要求，又可以達(dá)到間接節(jié)能的效果。

(4)嚴(yán)格控制站點的環(huán)境污染要求。氫燃料電池雖然不會對礦物能源產(chǎn)生過多的依賴，而且在實際發(fā)電過程中不燃燒，且所有的反應(yīng)產(chǎn)物均為水，與柴油發(fā)電機、汽油發(fā)電機、燃?xì)廨啓C等相比，可以大大降低尾氣污染物的排放。同時，氫燃料電池還可以大大降低，甚至可以完全取代后備蓄電池組容量，降低對鉛等化學(xué)原材料的使用，從而避免了對周圍環(huán)境造成的污染。

4 結(jié)語

總而言之，在世界能源資源開采難度日益增大，其價格與日俱增的背景下，選擇新能源進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，是必然的趨勢與選擇。氫作為一種能源，有著來源廣泛、轉(zhuǎn)化率高、無污染等眾多優(yōu)點，雖然也存在一部分技術(shù)難點與問題，但其未來應(yīng)用是不可否認(rèn)的。文章對氫燃料電池進(jìn)行分析研究，有著現(xiàn)實的價值與意義，希望能夠幫助推動氫燃料電池的技術(shù)發(fā)展進(jìn)步。