用于航天器和潜艇的氢燃料电池的前世今生和未来 bluesky2312019-02-25 20:55:24
用于航天器和潜艇的氢燃料电池的前世今生和未来
1838年瑞士化学家舍恩宾（Christian Friedrich Schoenbein）发现氢气和氧气结合产生水和电流的燃料电池效应。
1845年英国科学家威廉格罗夫爵士通过制造“燃气电池”，在实践中证明了舍恩宾的发现，因此被称为“燃料电池之父”。
1959年，Allis-Chalmers制造公司的工程师HarryKarl Ihrig展示了第一台使用燃料电池的20马力拖拉机。同年，基于Francis T. Bacon设计的氢燃料电池被用于阿波罗号航天器和随后的所有航天飞机为宇航员产生船上电力，热量和水。
1994年戴姆勒奔驰在德国乌尔姆举行的新闻发布会上展示了其首款NECAR I燃料电池汽车。
2004年世界上第一艘燃料电池动力潜艇在德国海军进行了试验。
燃料电池从发现如今已过去了快200年，从首款NECAR燃料电池汽车如今也走过了25年。25年前首款NECAR燃电汽车就使用储氢钢瓶，昨天网友展示的GM-Honda合作研发的最新燃电汽车竟还是使用储氢钢瓶，显然经历了10多年研制，期待的碳纳米管储氢还是不堪大用。
从首款NECAR I的交换式储氢钢瓶改成了加注储氢钢瓶。20多年在燃料电池本身没有什么明显发展，仔细看看就发现对燃料电池车技术的推广最感兴趣的是日本和德国，英法弃之如敝履。为什么？其实燃料电池技术过去是德国和日本的公司为本国潜艇开发的，现成的东西想再用到汽车上而已，打着新能源的旗号忽悠其它车企。昨天网友还认真的说燃料电池不用氢用什么？没错，是用氢，可你知道氢怎么来的？最经济的方法是光解水制氢，但目前的技术产氢太慢，就连现在非常有限的市场都满足不了。电解水制氢太贵，无市场。剩下就是蒸汽改质法（steam reforming），将天然气、甲烷等碳氢化合物，经过燃料转化器处理把氢自甲烷中分离出來，这是目前使用最广泛，且成本最低的制造方法。经提纯后可供燃料电池使用。问题来了，既然使用天然气制氢，提纯，也需高压（700大气压）储气，人们干脆去使用天然气汽车将更便宜方便，还节省了裂解天然气、压缩气体的能耗。在缺油的50-60年代，北京的公共汽车就曾背着煤气包满街跑。燃油发动机改装天然气内燃汽车后可以燃烧天然气，运行平稳、噪音低、不积炭，可节约大量维修费用。与汽油相比，天然气价格便宜，对环境污染少。目前只是天然气汽车动力性能略有降低（10%左右），但完全满足多数廉价私家车用户的需求。在欧洲一些国家已有加油站加注天然气服务。当人们更多关注天然气汽车，改善动力性能，燃电汽车将更难与竞争。人们算了笔账，在石油价格300美元之前，燃料电池车的经济性都不会低于天然气车。
其实制约燃电汽车的因素不仅仅是原料的制造，还有燃料电池使用的铂催化剂。因为铂太贵，目前科研人员省啊省掺啊掺，已经掺到原子级别了，降低了90%的铂需求，可一旦燃电汽车大面积推广，全世界的铂都不够用。等非铂催化剂发力，二十多年了根本没什么进展。还有氢气储存罐。每天车载2个700大气压的储气钢罐跑来跑去，你认为好玩吗？问题是消耗1摩尔的氢会产生1摩尔的水。对于储气罐容量122.4升（前储罐60升，后储罐62.4升）和700大气压，计算可知行驶时除去被氧化热蒸发掉的水量，大致每分钟产生100克左右的水。如车速为60公里/小时，则每行驶5公里，会产生500克左右的水。想象一下，当你在高速公路上行驶，前面是一辆“洒水车”时，那会是怎样的一种情形？当行驶车辆中氢燃料电池汽车占到一定的比例，那么汽车排放的水量就会高于蒸发掉和疏通走的水量，道路上就会产生积水，影响驾驶安全。不减负放掉，不仅增加搜集器，又要增加载重能量消耗。
最后，氢燃料电池如果装在车上是一个系统，除了燃料电池堆外，还需要配备一定数量的锂电池，电池车有的它也全有，人们还不如选电池车，省去了裂解天然气制氢和车载钢瓶。目前困扰电池车问题是充电耗时，有人已想出了办法。用户购车时，同时“租赁”电池。加油站准备电池，并负责充电。用户需要“加油”时，到“加油站”更换充好电的电池，用户按照上一次更换电池开始到目前的行驶里程缴纳电费。这种方式既解决了电池成本高昂的问题，同时也能解决充电时间过长的问题，用户也不用考虑电池老化的负担。当“加油站”普及到一定程度，电池容量小的问题也就不存在了。所以目前情况，通过甲烷裂解制氢的燃料电池车市场并不看好。
不过，有使用甲醇的燃料电池。甲醇转化成氢气过程简单，所使用的燃料转换器构造简单，可以安装在燃料电池汽车上。甲醇密度很高，容易储存，所以可携带足够多的甲醇燃料。不过在甲醇转化成氢气过程中，燃料转换器消耗一部分电能，所以甲醇电池汽车的效率能没有超过纯氢气电池汽车，但省去了线外制氢储氢的一系列问题，被认为比氢燃料电池车更有希望。