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近年來(lái)，當(dāng)紅的燃料電池技術(shù)頻登新聞?lì)^條。利用氫氣等清潔燃料，為從汽車到數(shù)據(jù)中心等眾多應(yīng)用提供電能，既高效又實(shí)現(xiàn)零排放。那么，燃料電池是什么？它又是如何工作呢？

1.什么是燃料電池？

燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，它將氫氣、天然氣或其它碳?xì)浠衔锶剂现械碾娀瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。不同于傳統(tǒng)蓄電池以儲(chǔ)能的方式提供電能，燃料電池依靠外部燃料和氧氣穩(wěn)定供應(yīng)，持續(xù)產(chǎn)生電能。其中，利用氫氣作為燃料的燃料電池被稱做——質(zhì)子交換膜燃料電池(PEM 或PEMFC)，也就是大家所熟知的氫能燃料電池。

從驅(qū)動(dòng)汽車行駛到為數(shù)據(jù)中心提供備用能源，氫燃料電池應(yīng)用非常廣泛。以氫燃料電動(dòng)汽車 為例，作為汽車動(dòng)力總成的一部分，氫燃料電池產(chǎn)生的電能為電池提供能量補(bǔ)充，為用戶提供多種能源選擇，用戶可根據(jù)燃料價(jià)格及應(yīng)用場(chǎng)景靈活定制（利用氫氣、電 池或優(yōu)化組合）。

氫燃料電池技術(shù)工作原理

近年來(lái)，當(dāng)紅的燃料電池技術(shù)頻登新聞?lì)^條

2.氫燃料電池是如何工作的？

氫燃料電池的基本結(jié)構(gòu)是2個(gè)電極(陰極和陽(yáng)極)組成，2 個(gè)電極由質(zhì)子交換膜電解質(zhì)隔開。每個(gè)燃料電池只有幾毫米厚度，數(shù)百個(gè)燃料電池堆積在一起，便形成一個(gè)燃料電池電堆。

氫燃料電池電動(dòng)汽車搭載的儲(chǔ)氫罐中的氫氣被輸送到燃料電池的正極，在催化劑作用下分解成氫離子和電子。氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)負(fù)極，與空氣中的氧氣反應(yīng)生成水，相對(duì)應(yīng)的電子通過(guò)外電路流向負(fù)極，產(chǎn)生電能并釋放熱量。

采用康明斯氫燃料電池的重卡

在氫燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成中，氫燃料電池產(chǎn)生的電能, 通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力，帶動(dòng)汽車機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)工作，從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛，并可根據(jù)需要為高壓電池組充電。氫燃料電池的反應(yīng)副產(chǎn)物主要是水，在使用過(guò)程中真正實(shí)現(xiàn)“零 排放”。

3.氫燃料電池技術(shù)有哪些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)？

與純電動(dòng)電池相比，燃料電池動(dòng)力總成具有能量密度高、燃料補(bǔ)給速度快等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

分析報(bào)道指出，從技術(shù)路線和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，純電動(dòng)更適用于日常短途使用場(chǎng)景，而氫燃料電池技術(shù)更適合中長(zhǎng)途運(yùn)輸應(yīng)用。隨著運(yùn)輸距離增加，所需電池尺寸會(huì)相應(yīng)增加，從而增加卡車自重，嚴(yán)重制約卡車的負(fù)載能力和速度。而相比于傳統(tǒng)電池，燃料電池能量密度高，可顯著減少電池體積和重量，在降低卡車自重的同時(shí)保證長(zhǎng)續(xù)駛里程。

另一方面，當(dāng)車輛能源補(bǔ)給時(shí)，與電池充電時(shí)間相比，氫燃料補(bǔ)給更迅速。此外，得益于模塊化設(shè)計(jì)，燃料電池具有更大靈活性，可根據(jù)特定應(yīng)用需求，定制燃料電池系統(tǒng)和儲(chǔ)氫罐，滿足用戶不同需求。

4.氫燃料電池應(yīng)用目前面臨哪些挑戰(zhàn)？

燃料電池技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，但該技術(shù)尚處于發(fā)展階段，其大規(guī)模應(yīng)用仍受一些因素制約，排放法規(guī)、資金支持、技術(shù)發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施和總擁有成本(TCO)等將成為推動(dòng)燃料電池汽車發(fā)展的關(guān)鍵。

加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的稀缺、前期車輛購(gòu)置成本高，及氫氣燃料價(jià)格高昂，是該技術(shù)面臨的主要問(wèn)題。

此外，與傳統(tǒng)化石燃料解決方案相比，氫燃料電池還面臨著包括重量增加、功率密度降低，以及加氫時(shí)間增加等挑戰(zhàn)。但眾多業(yè)內(nèi)人士正積極合作，不斷推進(jìn)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用。

5.康明斯如何參與氫能燃料電池技術(shù)？

早在20 多年前，康明斯就著力發(fā)展氫燃料電池技術(shù)。2014年，康明斯參與在哥斯達(dá)黎加的首個(gè)利用氫燃料的運(yùn)輸系統(tǒng)示范項(xiàng)目，并于2018年加入了氫能委員會(huì)(Hydrogen Council)，一個(gè)探索并促進(jìn)氫能作為清潔燃料來(lái)源的全球性聯(lián)盟組織，與行業(yè)合作伙伴研究推廣氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用。

2019年，康明斯收購(gòu)全球領(lǐng)先的燃料電池和制氫技術(shù)供應(yīng)商水吉能(Hydrogenics)公司，并與現(xiàn)代汽車公司簽署合作備忘錄，在北美市場(chǎng)合作開發(fā)氫燃料電池技術(shù)。此外，公司還投資了氫燃料電池增程器提供商Loop Energy，并在2019 北美商用車展上推出了首款配備氫燃料電池，續(xù)駛里程高達(dá)400 km 的電動(dòng)重卡。

作為全球領(lǐng)先的動(dòng)力解決方案提供商，從清潔柴油、天然氣、純電動(dòng)，再到如今的氫燃料電池技術(shù)，康明斯致力于以創(chuàng)新的多元?jiǎng)恿鉀Q方案服務(wù)客戶。著眼未來(lái)，康明斯將持續(xù)氫燃料電池前沿技術(shù)領(lǐng)域投入，為用戶提供可靠的創(chuàng)新產(chǎn)品組合，助力客戶成功。