氢能源燃料电池原理是什么

氢燃料电池原理电解水的逆反应。

直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换，这是氢燃料电池高效的秘诀；运行安静，噪声大约只有55分贝，相当于人们正常会话的水平；氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应，反应产物只有水，污染近乎为零。

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

应用领域

大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低谷，这就会导致停电或电压不稳。另外传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上。

燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60%～80%，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。

导读：氢燃料电池好不好？氢燃料电池优缺点介绍

氢燃料电池是电池汽车常用电池中的一种，这一种也是优点较多的。这种电池的应用到的 元素 就是氢，具有无污染，无噪音，高效率等优点，所以这种电池一出现很快就受到了消费者和各大车企的注意，并且很快的和电动汽车相结合，成为了电动汽车的一种电池，那么，很多消费者要问了，这种电池就只有优点没有不足吗？我就来给大家介绍一下氢燃料电池的优缺点。

氢燃料电池优缺点介绍：简介

氢燃料电池是使用氢这种化学 元 素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

氢燃料电池优缺点介绍：优点

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄电池）方式－－最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的（光伏电池板、风能发电等），整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装，或是在室外对噪声有限制的地方。

燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。

氢燃料电池优缺点介绍：不足

氢气不像氮气和氧气是空气中的最主要组成元素，想得到氢气可以通过电解水，但这可是个不太经济的方法，能量损失极大。此法先从电解水开始，耗费电能，产生氢气，氢气再发电过程中还会有能量损失。目前最好的电解水系统的能量转化率只有80%，并不怎么高效。

再来看甲烷转化氢气方面，蒸汽需要加热到700-1000摄氏度，然后与甲烷结合生成氢气和一氧化碳，以及少量二氧化碳，美国有95%的氢气通过这种方法来制造。甲烷转化虽然要更划算，但却会造成污染。有研究显示，甲烷基础设施的泄露情况比原先想象的还糟糕（最高达7%）。而作为温室气体，甲烷的温室效应是二氧化碳的86倍。如果你想要一辆百分百环保的燃料电池汽车，就必须以不造成污染的方式来制造氢气，这并不容易。

以上就是我给大家介绍的氢燃料电池的优缺点了，整体来说还是优点大于缺点的，并且这种电池或者是同原理的燃料不仅仅应用于汽车领域，而且在飞机和航天领域都有涉及，看到这里大家是不是很惊讶的，原来我们乘坐的汽车应用的是和航天事业一样的燃料，顿时心中满满的自豪感。

氢能源电池原理：

电解水的逆反应将氢和氧分别供给阳极和阴极，通过阳极向外扩散发生反应，通过外部的负载到达阴极，形成能量并将能量储存起来。氢能源电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。

氢能源电池对环境无污染，主要是通过电化学，不是采用燃烧，燃烧后会释放有毒物质，对大气造成污染，燃料电池发生反应后，只能产生水和热，对于大气不会造成污染，如果氢是通过可再生能源产生的，整个循环就是彻底不产生有害物质排放的过程。

氢燃料电池汽车：

氢燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。由于氢燃料电池的应用，使其成为真正意义上的高效、清洁汽车。

虽然氢分子按质量来说能量密度很高，一个原因是分子量低，在气态条件下它具有非常低的能量密度。作为存储在车上的燃料，纯氢气必须加压或液化。为了提高气体压力，提高体积上的能量密度，需要尽量使用较小的，但不轻的容器罐（压力容器）。为了实现更高的压力，就需要使用更多外部能源压缩。

氢通过与氧的化学反应而产生电能的装置。

氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。

氢燃料电池汽车的优点

折叠节能环保性能优：纵观氢燃料电池整个运行过程中，除了消耗氧气和空气之外，没有其他的能源消耗，没有加油也没有充电，节能性能毋庸置疑。同时氢燃料电池堆栈在生产电能的过程中只产生水，因此其最大的优势就是真正的实现了零排放目标。

折叠容易实现：燃氢发动机的实用化相对容易实现，传统内燃机结构只需稍加的改动就可以燃用氢气，而且可以充分利用全球现存的车用发动机生产线路和配套设施，因此是目前车用发动机氢能应用解决方案中最具经济性和使用最广泛的。

以上内容参考  百度百科-氢燃料电池

氢电池汽车原理简介

氢燃料电池是一种使用氢作为化学元素储存能量的电池。它的基本原理是电解水的逆反应，氢气和氧气分别供给阳极和阴极。在氢通过阳极扩散出去并与电解质反应后，发射的电子通过外部负载到达阴极。

氢电池汽车原理:优势

燃料对环境没有污染。它是通过电化学反应，而不是燃烧(汽油和柴油)或储能(蓄电池)——最典型的传统备用电源方案。燃烧会释放出COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述，燃料电池只能产生水和热。如果氢是由可再生能源(光伏板、风力发电等)产生的。)，整个循环是一个不造成有害物质排放的完整过程。

燃料电池运行安静，噪音只有55dB左右，相当于正常通话的水平。这使得燃料电池适用于室内安装或噪音有限的室外安装。

燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，它直接将化学能转换为电能，而不需要热能和机械能(发电机)之间的中间转换。

氢电池汽车的原理:不足

与空气体中最关键的元素氮和氧不同，电解水可以获得氢气，但这是一种不经济的方法，能量损失很大。这种方法从电解水开始，消耗电能，产生氢气，然后在发电过程中能量损失。目前最好的电解水系统能量转化率只有80%，效率不是很高。

看甲烷转化为氢气，蒸汽被加热到700- 1000摄氏度，然后与甲烷结合生成氢气和一氧化碳，以及少量二氧化碳。在美国，95%的氢是通过这种方法产生的。虽然甲烷转化需要更具成本效益，但会造成污染。研究表明，甲烷基础设施的泄漏比最初想象的更糟糕(高达7%)。作为温室气体，甲烷的温室效应是二氧化碳的86倍。如果你想要一辆100%环保的燃料电池汽车，你必须以不造成污染的方式制造氢气，这并不容易。

近日，受氢能产业规划相关政策持续落地的影响，二级市场氢能源相关概念板块投资热情瞬间被点燃，相关概念股股价纷纷上演“一字板”或“20cm”涨停。其中，以深冷股份（300540.SZ）、亿华通（688339.SH）、致远新能（300985.SZ）等在内燃料电池相关个股涨幅最甚。

在氢能相关板块投资热度不减的当下，财华社希望通过策略氢燃料电池专题，带来读者及投资者走进氢能，了解全球氢能产业当下躁动的原因。此外，针对二级市场投资者关心的燃料电池产业链受益国产企业进行浅析。

全球“氢风正起”，氢能占比有望提升

氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景广泛的二次能源，亦是一种支撑可再生能源大规模发展的理想互联介质。

从产业角度来看，氢能产业链条是非常长的，覆盖能源、化工、设备、交通等多个行业。近期二级市场投资热度也主要围绕在上游氢制取、储运、加氢站；中游燃料电池堆、燃料电池系统及相关配件；以及下游氢燃料电池 汽车 、工业及能源、和建筑领域等相关题材股进行躁动。

话说回来，氢能即是可再生能源，应用场景如此之广，为何全球发展了几十上百年，都无法大规模商业化呢？

实际上，相较于中国，氢能很早就被日本、漂亮国、韩国等国家纳为能源战略重要组成部分，政策评估、商业前景预测、技术研发等战略规划在二十世纪90年代就有了。

例如，94%能源供应来自海外市场日本。为了减轻对外部能源依赖，一直想打造一个“氢能 社会 ”，曾在2017年就公布了《基本氢能战略》，该战略目标就是实现氢燃料与其他燃料的成本平价，进而实现对传统能源的替代。

但是，由于氢能供应与应用不仅涉及煤化工、炼油、焦化等传统工业，还涉及到氢燃料电池 汽车 、固态式燃料电池储能等新兴产业，需要攻克的供应及应用技术领域难题太多。另外，与天然气、石油、煤等传统能源相比，从制取到应用付出成本太贵，导致过去全球主流的能源还是依靠传统煤、石油及天然气。

例如，从简单的制取氢气环节来看。与煤炭、石油和天然气等直接开采的能源不同，氢能是一种二次能源，也就说需要通过一定的技术工艺或方法将其从其它能源中提炼或制取出来。

目前，提炼或制取方法，如常见的煤制氢、天然气重整制氢等化石能源制氢法，还有焦炉煤气、氯碱尾气等工业副产品提纯制氢法；还有初中学习过的电解水制氢法（因成本太高，目前采用该方法制氢占比较小）。不管上述何种制取法，按照过去的技术成本比其他传统能源高上不少。

最为重要一点是， 氢能带来经济效益与传统能源相比相差甚远，应用场景的广度及深度两者不在同个量级上，所以氢能在这几十年的全球能源供应体系结构中，占比非常的小。

现如今，随着氢能方面的技术不断迭代升级，制取、储氢、燃料电池等各个产业技术迎来了全面的升级，成本方面较过去有了较大降幅。

在此背景之下，恰逢全球能源结构不断发生变化，氢能被视为可再生能源消纳、能源储存和运输、能源转型和碳中和目标的重要途径。

在减少碳排放、能源安全、促进经济增长等因素驱动，全球“氢”风正起，氢能产业发展成为全球共同碳中和目标。

近年来，全球多个国家和地区已经颁布了氢能发展路线图。

欧盟先后发布“欧盟氢能战略”和“欧盟能源系统整合策略”两大新能源战略，希望在2050年实现碳中和的目标；

荷兰计划到2025年，建50个加氢站、投放1.5万辆氢燃料电池 汽车 和3000辆的重型 汽车 ；到2030年投放30万辆的氢燃料电池 汽车 。

法国更猛，直接喊出要将氢燃料用于大飞机上，计划在2035年实现这一目标；

较早推进氢能发展路线的日本，也加大了在氢能产业的布局。此外，漂亮国、韩国等国家加大投资力度，以支持氢能产业的发展。

近年来，我国政府不断加快推出氢能产业政策，从基础研究、产业引导、示范运营以及整车补贴等方面对燃料电池及氢能产业进行全面支持。

例如，近日，交通运输部印发的《综合运输服务“十四五”发展规划》明确指出加快充换电、加氢等基础设施规划布局和建设。

此外，地方性利好政策也层出不穷。例如，近日，浙江省印发了《关于浙江省加快培育氢燃料电池 汽车 产业发展实施方案的通知》（下称“方案”）。

方案明确，到2025年，产业生态基本形成，产业链上具有一批竞争力强的优势龙头企业。重点区域产业化应用取得明显成果，在公交、港口、城际物流等领域推广应用氢燃料电池 汽车 接近5000辆，规划建设加氢站接近50座。

此外，年内包括山东、江苏、河北、北京、上海等50多个地级市均陆续出台氢能产业规划。

根据国际氢能委员会预测，到2050年，氢能将创造3000万个工作岗位，减少60亿吨二氧化碳排放，创造2.5万亿美元产值，在全球能源中所占比重有望达到18%。

氢风正起，燃料电池蓄势待发

实际上，与纯电动 汽车 一样，氢燃料电池 汽车 也是我国新能源 汽车 的一个发展方向。

相较于纯电动 汽车 ，氢燃料电池 汽车 几乎可以弥补目前纯电动新能源车续航里程短、能量补给时长等短板。但是，纵然氢燃料电池 汽车 优势大于纯电动 汽车 ，但氢燃料电池 汽车 的产业化进程却滞后于纯电动 汽车 不少。

根据已披露的数据统计，2017年、2018年和2019年，我国氢燃料电池 汽车 销量分别为1,272辆、1,527辆和2,737辆，而新能源 汽车 销量分别达到77.7万辆、125.6万辆和120.6万辆。

导致两者相差甚远的原因，除了上文提及氢能关键技术尚不成熟，其储存、运输难度较大，导致的成本较高外，氢能的基础设施建设尚不完善，加氢站存在建设成本高、氢气成本高、补贴支持政策滞后以及审批管理机制不健全等情况，亦是导致我国加氢站建设推广进度较慢，整体产业链商业化前景不佳。

但是，目前这些困扰着氢燃料电池商业化的问题，有望借助当前全球氢风正起的大浪潮兴起，以及我国对氢能产业大力扶持（如“以奖代补”政策的实施），有望迎来全新的发展机遇。

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，至2025年我国氢燃料电池车保有量达到5万辆，按1：1配套测算，未来仅是氢燃料电池 汽车 领域就有超百万台的潜在增长空间，氢燃料电池市场发展潜力巨大。

中金公司测算，到2030和2060年，氢燃料电池车（商用车及乘用车）年销量将分别达到29万辆和200万辆，燃料电池车保有量达到134万辆和1,546万辆，对应总氢气需求将达到129万吨和3,031万吨。

氢燃料电池发展尚处初期，国产企业厚积薄发可期

目前，我国氢能源电池发展还处于初期阶段，国内整体竞争格局尚不明朗，部分细分领域还与国际有较大差距。这意味着未来随着氢燃料电池全产业链发展全面推进，国内可能会孕育优质的细分领域龙头企业。

具体而言，氢燃料电池 汽车 产业链上游主要为膜电极、双极板、各类管阀件与传感器、车载高压储氢瓶等发动机零部件生产制造行业，产业链中游主要为燃料电池发动机系统及电堆集成行业，产业链下游为燃料电池整车制造和营运行业。

氢燃料电池产业链

从竞争格局来看，上游的催化剂、质子交换膜及气体扩散层方面绝大多数供应商都是国际企业。其中，催化剂这一领域，目前国内燃料电池催化剂主要使用日本田中贵金属和英国庄信万丰的催化剂，约占市场约80%份额；而在质子交换膜领域，虽然国内主要供应商是漂亮国的戈尔，但国产企业也在悄然崛起，如东岳集团和科润新材料；气体扩散层方面，基本被日本东丽、加拿大巴拉德、德国的SGL三家国际大厂垄断，国内上海华谊、通用氢能等企业还处于谋求商业化阶段。

氢燃料电池中游的领域，国产替代优势最为明显，未来出现龙头的可能性也是比较大的。

中游的空压机领域，国产化率接近100%，国内市场空压机供应商主要有雪人股份、德然动力、东德实业、金士顿 科技 等企业。此外，在氢气循环泵领域，国产企业也不少，如苏州瑞驱、浙江宏升、东德实业。

中游的储氢系统领域，近年来国内车载储氢瓶企业成长非常之快，像国富氢能、中集安瑞科、中材 科技 、科泰克、天海工业、亚普股份、京城股份等企业，成长速度非常之快，技术水平部分企业已经达到国际水平。

此外，整体氢燃料电池系统集成商方面，国产企业也不少，如上市企业潍柴动力、亿华通、雄滔股份，非上市企业有上燃动力，还有近日上汽集团拟分拆上市的捷氢 科技 。

氢燃料电池下游领域，受成本因素影响，目前氢燃料电池主要应用长距离客运、货运（重卡、大巴、公交）、物流叉车、轮船等交通工具。国内整车制造厂商就有大家所熟知的上汽、宇通、一汽等传统车企；终端的营运商方面，如厦门金龙、上海氢车熟路等企业。

尾语：

短时间内，氢燃料电池迎来前所未有的发展机遇已经是不争的事实。但是，要将氢燃料电池 汽车 与当前火热的纯电动 汽车 放在同一水平线上相提并论，还为 时尚 早。

从规模化角度来看，目前纯电动 汽车 购买成本基本可以与传统燃油车抗衡了，而且目前纯电动 汽车 产销量正处于放量阶段，未来规模化带来的成本优势可能会进一步放大。因此，若不考虑补贴，在成本方面，氢燃料电池 汽车 当前还不具备与纯电动 汽车 竞争的机会。

向前看，全面推进氢能产业发展已经成为全球各国的共识，氢能产业化进程有望进入加速发展阶段。因此，随着氢能产业技术的进步、加氢站等基础设施的完善以及各环节成本的降低，氢能的发展前景值得期待。

本文源自财华网

相关技术及市场仍不成熟

氢燃料电池燃料能量密度最大，高于锂离子电动车及燃油车，能效比上占据优势。考虑全生命周期后，能源效率约为29%，高于锂离子电动车的28%及燃油车的14%。在续航方面，氢燃料电池汽车传统燃油车相似，续航里程约在600公里左右，优于锂离子电动车此外氢燃料电池汽车还具有无噪音，充能时间短，耐低温，事故严重性小等优点。

然而目前，氢燃料电池汽车在中国市场刚刚起步，技术和市场仍不成熟，处于幼稚期，未来发空间巨大且氢燃料电池汽车应用领域不具有普适性，这也是未来氢燃料电池汽车技术需要革新和研究之处。

产量受到疫情影响严重

根据高工产业研究院(GGII)的数据显示，2016-2020年中国氢燃料电池汽车产量逐年上升，受到疫情影响，2020年产量下滑至1199辆。这表明中国氢燃料电池汽车市场正在成长，产量的增加一定程度上代表了市场需求增加。未来，氢燃料电池汽车的发展前景较好。

市场进入商业化初期

2016-2020年，中国氢燃料电池汽车保有量逐年上升，受到疫情影响，2020年销量有所下滑。截止2020年底，我国氢燃料电池汽车年销量1177辆，保有量7352辆，标志着我国氢燃料电池汽车正在逐渐被市场认可接纳，氢燃料汽车进入商业化初期。

商用车是研发方推广重点

与海外专注于氢燃料电池乘用车的量产不同的是，我国将研发和推广重点放在商用车上。2020年，我国燃料电池汽车销量中，全为商用车。其中，客车销量占比达98%，货车销量占比为2%。截至2020年底，我国氢燃料电池车累计行程超过1亿公里，以氢燃料电池物流车和客车为主。

政策指引保驾护航

中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图(2.0版)》是为我国氢能发展道路提出了更为明确的要求与指引。随着国家“碳中和”、“碳达峰”任务的推进，氢能这一绿色能源受到国家的重视和大力推动。未来目标中就风光能电解水制氢，加氢站等基础设施建设，氢燃料电池汽车等进行了详细规划。

—— 更多数据请参考前瞻产业研究院《中国氢燃料电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

      氢能源的原理是氢气在氧气中燃烧产生热能，利用热力发动机将这些热能转变成机械能，由于燃烧后的生成物是水，可以将这些水回收再分解成氢气和氧气，进行重复利用。

      目前氢能源主要应用在飞机火箭的发动机，刚刚完成太空任务的神州十二号飞船以及搭载该飞船的长征二号F遥十二运载火箭就是使用了氢能源作为燃料。

      而氢燃料电池的工作原理则是电解水的逆反应，用催化剂让氢气和氧气结合变成水，氢原子在这个过程中会释放出电子从而产生电。

      氢能源汽车使用的就是氢燃料电池，所以氢能源汽车实际上还是电动车，氢燃料电池与其说是电池，倒不如说是一个发电机。

      与电动汽车相比，氢燃料电池不存在衰退的问题，而且氢燃料电池的转化效率可以达到70%左右，续航里程以第二代丰田Mirai为例可以达到850公里，加氢气的时间只需要不到五分钟，所以理论上氢燃料电池会是更加理想的替代内燃机替代品。

      但是氢气的储存和运输成本非常高，所以还未能形成一条完整的上下游产业链，直接导致了氢燃料无法成为新能源的主流。

      同时，氢气的制造也有很大的限制条件，政府的相关报告指出，目前我国的氢气主要是从煤炭中冶炼出来，通过电解水制备的比例比较低。原因在于电解水虽然简单，但是耗电量比较大，1立方的氢气电解制备就需要5度电，要真正做到环保，使用的电只能是核电、风力电、水力电、光伏电等可再生能源产生的，但这些发电方式的比例非常低。