2019年1月7日，特斯拉(Tesla Inc)上海超級(jí)工廠(Shanghai Gigafactory)破土動(dòng)工。億萬富豪馬斯克(Elon Musk)笑容滿面。

特斯拉官網(wǎng)稱，上海超級(jí)工廠將為中國市場生產(chǎn)Model 3電動(dòng)車和未來的新車型。工廠建成后，計(jì)劃在初始階段每周生產(chǎn)約3000輛Model 3電動(dòng)車，在完全投入運(yùn)營后年產(chǎn)量將增加至50萬輛純電動(dòng)整車。

美國“石英”網(wǎng)站7日稱，特斯拉宣布上海工廠動(dòng)工的當(dāng)天，中美貿(mào)易磋商也拉開帷幕。馬斯克2017年年底就有在上海建廠計(jì)劃，中美貿(mào)易戰(zhàn)使特斯拉加快這一計(jì)劃。路透社稱，盡管當(dāng)前中美貿(mào)易戰(zhàn)仍然十分激烈，這座超級(jí)工廠依然將是中國第一家外商獨(dú)資汽車廠，反映出中國全面轉(zhuǎn)向開放汽車市場。

可惜，特斯拉目前在產(chǎn)的車型是搭載松下的鈷酸鋰電池的純電動(dòng)車，而沒有采用炙手可熱的燃料電池（Fuel cell）。

今天，我們說的燃料電池，與特斯拉無關(guān)。

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把燃料電池（Fuel cell）歸于電池產(chǎn)品似乎有些不太妥當(dāng)，更通俗地描述這是一種發(fā)電裝置。是一種把燃料所具有的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)裝置，又稱電化學(xué)發(fā)電器。

• 它是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。

由于燃料電池是通過電化學(xué)反應(yīng)把燃料的化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)的限制，因此效率高；另外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料，同時(shí)沒有機(jī)械傳動(dòng)部件，故沒有噪聲污染；排放出的有害氣體極少，從節(jié)約能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度來看，燃料電池是最有發(fā)展前途的發(fā)電技術(shù)。

采用零碳燃料和零碳發(fā)電正是當(dāng)前能源科技發(fā)展的趨勢。從能源結(jié)構(gòu)看，燃煤、石油、天然氣、氫氣，它們的碳?xì)浔葟?：1降到2：1再到1：4，氫氣是零碳；從動(dòng)力機(jī)械的角度看，從煤蒸汽到柴油、燃?xì)廨啓C(jī)，風(fēng)電光伏等，清潔高效是可再生能源發(fā)展方向。

• 發(fā)展氫能燃料電池成為發(fā)達(dá)國家重要的戰(zhàn)略選擇。

日本從國家戰(zhàn)略層面致力于實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)。日本政府提出，該國將成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的國家。

歐盟將氫能作為能源安全和能源轉(zhuǎn)型的重要保障。

美國雖然經(jīng)過了布什、奧巴馬，特朗普三個(gè)階段，但始終把氫能源作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分。

• 燃料電池汽車是中國新能源發(fā)展亟待補(bǔ)上的短板。

目前我國純電動(dòng)車雖然快速普及，但是基本上還只是在城市內(nèi)部運(yùn)行。對(duì)于量大面廣的遠(yuǎn)程公交、城際物流和重載卡車等，行駛里程、充電時(shí)間和能量密度都成為顯著的短板，需要盡快推動(dòng)燃料電池汽車的商業(yè)化。

具體來看，雖然深圳，上海，杭州這些城市已經(jīng)逐步的把公交車換成了純電動(dòng)汽車，但是上述城市和附近城市距離有一兩百公里，是市內(nèi)公交行駛里程的5倍。所以城市快遞，物流貨運(yùn)，以及中、重卡車城市間的貨運(yùn)交通，還有特殊用途、高端用途的乘用車都可以選用燃料電池汽車。

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言歸正傳，我們接下來將詳細(xì)介紹燃料電池的原理，發(fā)展歷程，電池種類和實(shí)際應(yīng)用情況。

• 燃料電池是一種主要通過燃料與氧或其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。

這種發(fā)電裝置最常見的燃料為氫，其他燃料可來源于任何能分解出氫氣的碳?xì)浠衔?，例如天然氣、醇、和甲烷等?/span>

燃料電池有別于原電池，優(yōu)點(diǎn)在于透過穩(wěn)定供應(yīng)氧和燃料，即可持續(xù)不間斷的提供穩(wěn)定電力，直至燃料耗盡。它不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續(xù)充電，燃料電池透過電池堆串連后，甚至可成為發(fā)電量百萬瓦(MW)級(jí)的發(fā)電廠。

首個(gè)燃料電池是1838年發(fā)明的，而燃料電池的首次應(yīng)用是在美國國家航空航天局1960年代的太空任務(wù)當(dāng)中，為探測器、人造衛(wèi)星和太空艙提供電力。自此以后，燃料電池就開始被廣泛使用在工業(yè)、住宅、交通等方面，并在偏遠(yuǎn)地區(qū)和無人區(qū)，用作主要供電或備用供電設(shè)施。

燃料電池也可為燃料電池車提供動(dòng)力，其應(yīng)用領(lǐng)域包括鏟車，小型乘用車，公共汽車，船艇，電動(dòng)單車和潛水器等。

• 燃料電池的種類很多，但它們結(jié)構(gòu)大致相同。

燃料電池都包括陽極，陰極和電解質(zhì)，其允許帶正電的氫離子（質(zhì)子）在燃料電池的兩極之間移動(dòng)。在陽極處，催化劑使燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生質(zhì)子（帶正電的氫離子）和電子。在氧化反應(yīng)發(fā)生之后，質(zhì)子通過電解質(zhì)從陽極移動(dòng)到陰極。同時(shí)，電子通過外部電路從陽極移動(dòng)到陰極，產(chǎn)生直流電。在陰極位置處，另一種催化劑使氫離子，電子和氧發(fā)生反應(yīng)，形成水。

• 燃料電池根據(jù)它們使用的電解質(zhì)類型和反應(yīng)發(fā)生時(shí)間的差異進(jìn)行分類。

例如，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEM燃料電池或PEMFC）的啟動(dòng)時(shí)間為1秒，固體氧化物燃料電池（SOFC）為10分鐘。一個(gè)相關(guān)的技術(shù)是液流電池，可以通過再充電而實(shí)現(xiàn)燃料的再生。單個(gè)燃料電池產(chǎn)生相對(duì)較小的電勢，約為0.7伏，因此電池被“堆疊”或串聯(lián)放置，以產(chǎn)生足夠的電壓以滿足應(yīng)用的要求。除了產(chǎn)生電力，燃料電池還會(huì)產(chǎn)生水，熱，并且根據(jù)燃料種類的不同，產(chǎn)生極少量的二氧化氮和其他排放物。燃料電池的能效通常在40-60％之間，但是，如果在熱電聯(lián)產(chǎn)方案中捕獲廢熱，則可以獲得高達(dá)85％的效率。

燃料電池的市場正在不斷增長，2013年派克研究公司（Pike Research）曾預(yù)測，固定式燃料電池市場的規(guī)模到2020年將達(dá)到50 GW。

第一次提出氫燃料電池是在1838年。在德國物理學(xué)家尚班（Christian Friedrich Sch?nbein）1838年12月的一封信中（后發(fā)表于1839年1月版的倫敦和愛丁堡哲學(xué)雜志和科學(xué)期刊The London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science），介紹了他發(fā)明的第一個(gè)簡易原燃料電池，在他的信中，討論了溶解在水中的氫和氧發(fā)生反應(yīng)，并觀察到所產(chǎn)生的電流。

威爾士物理學(xué)家和大律師葛洛夫（William Robert Grove）于1838年12月14日也撰寫了他的第一份早期的燃料電池研究報(bào)告，發(fā)表于同一期刊的1839年2月版上。他使用了鐵板，銅和瓷板的組合，以及硫酸銅和稀酸的溶液。1842年，葛洛夫在同一期刊上畫出了他的燃料電池設(shè)計(jì)草圖。他制作的這種燃料電池所使用的材料，類似于今天的磷酸燃料電池。

Grove’s sketch of four cells of his gaseous voltaic battery,1842

1842年葛洛夫的氣態(tài)伏打電池的草圖

1939年，英國工程師Francis Thomas Bacon成功研制出5千瓦級(jí)固定式燃料電池。

1955年，通用電氣公司（GE）的化學(xué)家W. Thomas Grubb進(jìn)一步改進(jìn)了原始燃料電池設(shè)計(jì)，使用磺化聚苯乙烯離子交換膜作為電解質(zhì)。

1958年，也即3年后，另一位GE化學(xué)家Leonard Niedrach設(shè)計(jì)出一種將金屬鉑沉積在交換膜上的方法，該膜可用作必需的氫氧化和氧還原反應(yīng)的催化劑。

（這種GE工程師開發(fā)的燃料電池后來被稱為“Grubb-Niedrach燃料電池”。GE后來與NASA和McDonnell Aircraft合作開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，并在Gemini項(xiàng)目中使用。這是燃料電池的首次用于商業(yè)用途。）

1959年，由Harry Ihrig領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)為Allis-Chalmers制造了一臺(tái)15千瓦的燃料電池拖拉機(jī)，并在美國各州的展會(huì)上進(jìn)行了巡回展示。該系統(tǒng)使用氫氧化鉀作為電解質(zhì)并使用壓縮氫氣和氧氣作為反應(yīng)物。1959年的晚些時(shí)候，F(xiàn)rancis Thomas Bacon和他的同事證演示了一臺(tái)實(shí)用的5千瓦機(jī)組能夠?yàn)楹笝C(jī)提供動(dòng)力。

1960年代，Pratt 和Whitney批準(zhǔn)了Francis Thomas Bacon的美國專利可用于美國太空計(jì)劃，以提供電力和飲用水（氫氣和氧氣可從載人飛船艙中隨時(shí)獲得）。

1991年，第一個(gè)氫燃料電池汽車由Roger Billings研發(fā)成功。

UTC Power是第一家制造并商業(yè)化供應(yīng)大型固定式燃料電池系統(tǒng)的公司，該系統(tǒng)被用作醫(yī)院，大學(xué)和大型辦公樓的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電裝置。

為表彰燃料電池行業(yè)和美國在燃料電池發(fā)展中的作用，美國參議院于2015年10月8日通過了S. RES 217決議，并宣布每年的10月8日為美國的國家氫能源和燃料電池紀(jì)念日，之所以選擇該日期作為紀(jì)念日，是考慮到氫的原子質(zhì)量為1.008。

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燃料電池有多種類型，但是它們都有相同的工作模式。

它們主要由三個(gè)相鄰區(qū)段組成：陽極、電解質(zhì)（液）和陰極。兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在三個(gè)不同區(qū)段的界面之間。兩種反應(yīng)的凈結(jié)果是燃料的消耗、水或二氧化碳的產(chǎn)生及電流的產(chǎn)生，而生成的電流可以直接用于電力設(shè)備，即通常所說的負(fù)載。

在陽極上，催化劑將燃料（通常是氫氣）氧化，使燃料變成一個(gè)正電荷的氫離子和一個(gè)負(fù)電荷的電子。電解液經(jīng)專門設(shè)計(jì)，使得離子可以通過，而電子則無法通過。被釋放的自由電子沿著一條導(dǎo)線移動(dòng)，因而產(chǎn)生電流。而氫離子穿過電解液前往陰極。一旦達(dá)到陰極，離子與電子重新結(jié)合，兩者與第三種化學(xué)物質(zhì)（通常為氧氣）一起反應(yīng)，產(chǎn)生水或二氧化碳。

A block diagram of a fuel cell（燃料電池的框圖）

• 燃料電池的設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括：

? 電解質(zhì)（液）物質(zhì)，通常用于定義燃料電池的類型，它并且可以由許多物質(zhì)制成，如氫氧化鉀，碳酸鹽和磷酸。

? 使用的燃料，最常見的燃料是氫。

? 陽極催化劑，通常是細(xì)的鉑粉，用于將燃料分解成電子和離子。

? 陰極催化劑，通常是鎳，它將離子轉(zhuǎn)化為廢棄物，水是最常見的廢物類型。

? 用于抗氧化的氣體擴(kuò)散層。

• 典型的燃料電池，在滿額定負(fù)載下產(chǎn)生0.6 V至0.7 V的電壓。 由于以下幾個(gè)因素，電壓將隨著電流的增加而降低：

? 電池激活損（即過電位，電池的過電位隨著電流密度升高而提高。）

? 電阻損（由于電池組件和互連裝置的電阻引起的電壓降）

? 物質(zhì)輸送損（高負(fù)荷下催化劑位置處的反應(yīng)物快速耗盡，導(dǎo)致電壓快速下降）。

為了提供應(yīng)用所需的能量，燃料電池可以串聯(lián)組合，以產(chǎn)生更高的電壓，并且通過并聯(lián)以提供更高的電流。這種設(shè)計(jì)稱為燃料電池堆。也可以通過增加電池的表面積，使每個(gè)電池能輸出更高的電流。在電池堆內(nèi)，化學(xué)反應(yīng)的氣體必須均勻地分配在每個(gè)電池上，以使每個(gè)電池的功率輸出最大化。

• 現(xiàn)階段常見的燃料電池類型

3.1 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）

在典型的氫-氧質(zhì)子交換膜燃料電池設(shè)計(jì)中，質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物膜（通常是全氟磺酸）含有分隔陽極側(cè)和陰極側(cè)的電解質(zhì)溶液。在1970年代早期，質(zhì)子交換機(jī)制尚未被充分理解之前，被稱為“固體聚合物電解質(zhì)燃料電池”（SPEFC）。

在陽極側(cè)，氫擴(kuò)散到陽極催化劑處，在那里它隨后分解成質(zhì)子和電子。這些質(zhì)子經(jīng)常與氧化劑反應(yīng)，使它們成為通常被稱為多促質(zhì)子膜的物質(zhì)。質(zhì)子通過膜傳導(dǎo)到陰極，但電子被強(qiáng)制在外部電路（供電）中傳導(dǎo)，原因是因?yàn)槟な请娊^緣的。在陰極催化劑處，氧分子與電子（已經(jīng)外部電路傳導(dǎo)）和質(zhì)子反應(yīng)生成水。

除了這種純氫型之外，還有用碳?xì)浠衔锶剂系娜剂想姵?，包括柴油，甲醇（參見直接甲醇燃料電池和間接甲醇燃料電池）和化學(xué)氫化物。具有這些類型燃料的燃料電池，其生成的廢物是二氧化碳和水。當(dāng)需要使用氫氣時(shí)，來自天然氣的甲烷與蒸汽結(jié)合時(shí)，在被稱為蒸汽甲烷重組的過程中釋放出二氧化碳，并產(chǎn)生氫氣。這可在燃料電池之外的位置進(jìn)行，這也使氫燃料電池在室內(nèi)使用成為可能，例如在叉車中使用燃料電池。

PEMFC的不同組件包括：雙極板，催化劑，電解質(zhì)膜，和必要的輔助硬件，如集電器和墊圈。用于燃料電池不同部分的材料，因電池類型而異。雙極板可以由不同類型的材料制成，例如金屬，涂層金屬，石墨，柔性石墨，C-C復(fù)合材料，碳-聚合物復(fù)合材料等。電解質(zhì)膜組件（MEA）被稱為PEMFC的心臟，并且通常由夾在兩個(gè)涂有催化劑的碳紙之間的質(zhì)子交換膜制成。鉑和/或類似類型的貴金屬，通常用作PEMFC的催化劑。電解質(zhì)可以是聚合物膜。

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）設(shè)計(jì)存在的問題

成本

2013年，美國能源部估計(jì)，對(duì)于80千瓦汽車的燃料電池系統(tǒng)，假設(shè)每年批量生產(chǎn)10萬輛燃料電池汽車，電池成本約為每千瓦67美元，假設(shè)每年可生產(chǎn)50萬輛燃料電池汽車，電池成約為本每千瓦55美元。許多公司正在研究以各種不同方式降低電池成本的技術(shù)，包括減少每個(gè)單元電池所需的鉑金量。巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)公司（Ballard Power Systems）已經(jīng)試驗(yàn)了一種用碳絲增強(qiáng)的催化劑，它可以在鉑的使用量下減少30％（1毫克/厘米2到0.7毫克/厘米2），且不會(huì)降低性能。墨爾本莫納什大學(xué)（Monash University, Melbourne）使用PEDOT作為陰極材料。

2011年發(fā)表的一項(xiàng)研究報(bào)告，記錄了第一種使用相對(duì)便宜的摻雜碳納米管的非金屬電催化劑，其成本約為鉑的1％，且具有相同或更高的性能。最近發(fā)表的一篇文章展示了當(dāng)使用碳納米管作為鉑的碳底物時(shí)環(huán)境負(fù)擔(dān)的變化情況。

水和空氣管理（在PEMFC中）

在這種類型的燃料電池中，膜必須是水合的，要求電化學(xué)反應(yīng)生成的水同步蒸發(fā)。如果水蒸發(fā)太快，膜會(huì)干燥，質(zhì)子通過膜的阻力增加，最終會(huì)導(dǎo)致膜的破裂，產(chǎn)生氣體“短路”，氫氣和氧氣直接結(jié)合，產(chǎn)生的熱量會(huì)損壞燃料電池。如果水蒸發(fā)得太慢，電極會(huì)被淹沒，阻止反應(yīng)物到達(dá)催化劑位置并停止反應(yīng)。正在開發(fā)中的管理燃料電池中水的方法，例如電滲透驅(qū)動(dòng)泵，專注于流量控制。正如在內(nèi)燃機(jī)中一樣，反應(yīng)物和氧氣之間的穩(wěn)定比率，對(duì)于保持燃料電池有效運(yùn)行是必要的。

溫度管理

必須在整個(gè)電池中保持相同的溫度，以防止通過熱負(fù)荷破壞電池。這尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)?H2 + O2→2H2O反應(yīng)是高度放熱的，因此在燃料電池內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量。

某些類型電池的耐用性，使用壽命和特殊要求

固定式燃料電池應(yīng)用通常需要在-35°C至40°C（-31°F至104°F）的溫度下運(yùn)行40,000小時(shí)以上，而汽車燃料電池需要5000小時(shí)的使用壽命（相當(dāng)于在極端溫度下240,000公里（150,000英里））。目前的使用壽命為2,500小時(shí)（約75,000英里）。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)還必須能夠在-30°C（-22°F）的溫度下可靠啟動(dòng)，并具有高的功率-體積比（通常為每升2.5 kW）。

某些燃料電池的（非PEDOT）陰極，對(duì)一氧化碳的耐受性有限。

3.2 磷酸燃料電池（PAFC）

磷酸燃料電池（PAFC）最初由G.V.Elmore和H.A.Tanner于1961年設(shè)計(jì)和引入。

在這些電池中，磷酸用作非導(dǎo)電電解質(zhì)，以使帶正電荷的氫離子從陽極傳導(dǎo)到陰極。這些電池通常在150至200℃的溫度下工作。如果沒有散熱和正確使用熱量，這種高溫將導(dǎo)致熱量和能量損失。這種熱量可用于為空調(diào)系統(tǒng)或任何其他熱能消耗系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽。

在熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中使用這種熱量，可以將磷酸燃料電池的效率從40-50％提高到約80％。磷酸是PAFC中使用的電解質(zhì)，是一種非導(dǎo)電液體酸，它迫使電子通過外部電路從陽極傳播到陰極。由于陽極上的氫離子產(chǎn)生率很小，因此使用鉑作為催化劑來提高該電離速率。這些電池的主要缺點(diǎn)是使用酸性電解質(zhì)，這會(huì)增加暴露于磷酸中組分的腐蝕或氧化。

3.3 固體酸燃料電池（SAFC）

固體酸燃料電池（SAFC）的特征在于使用固體酸材料作為電解質(zhì)。在低溫下，固體酸具有與大多數(shù)鹽類似的有序分子結(jié)構(gòu)。在稍高一點(diǎn)的溫度下（CsHSO4在140到150℃之間），一些固體酸發(fā)生相變，變成高度無序的“超質(zhì)子”結(jié)構(gòu)，這使電導(dǎo)率增加了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 第一個(gè)概念驗(yàn)證SAFC，是在2000年使用硫酸氫銫（CsHSO4）開發(fā)的。目前的SAFC系統(tǒng)使用磷酸二氫銫（CsH2PO4），并且已經(jīng)證明壽命達(dá)數(shù)千小時(shí)。

3.4 堿性燃料電池（AFC）

1959年由Francis Thomas Bacon設(shè)計(jì)并公布了堿性燃料電池（氫氧燃料電池），它在阿波羅太空計(jì)劃中被用作電能的主要來源。

電池由兩個(gè)多孔碳電極組成，所述兩個(gè)多孔碳電極浸漬有合適的催化劑，例如Pt，Ag，CoO等。兩個(gè)電極之間的空間填充有用作電解質(zhì)的濃KOH或NaOH溶液。通過多孔碳電極將H2氣體和O2氣體導(dǎo)入電解質(zhì)中。因此，整個(gè)反應(yīng)涉及氫氣和氧氣的反應(yīng)以形成水。電池持續(xù)運(yùn)行，直到反應(yīng)物的供應(yīng)被耗盡。這種類型的電池可在343 K至413 K的溫度范圍內(nèi)有效工作，并提供約0.9 V的電壓。AAEMFC是一種使用固體聚合物電解質(zhì)代替氫氧化鉀（KOH）的AFC，它優(yōu)于含水的AFC。

3.5 高溫燃料電池

3.5.1 固體氧化物燃料電池（SOFC）

固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體材料，最常見的是使用被稱為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）的陶瓷材料作為電解質(zhì)。因?yàn)镾OFC完全由固體材料制成，所以它們不限于其他類型的燃料電池的平面結(jié)構(gòu)，并且通常設(shè)計(jì)為管狀。它們需要高工作溫度（800-1000°C），并且可以使用各種燃料，包括天然氣。

SOFC是非常獨(dú)特的，因?yàn)樵诠ぷ髦校瑤ж?fù)電的氧離子從陰極（燃料電池的正極）移動(dòng)到陽極（燃料電池的負(fù)極）；而不同于所有其他類型的燃料電池：帶正電的氫離子從陽極移動(dòng)到陰極。氧氣通過陰極進(jìn)入，在那里它吸收電子以產(chǎn)生氧離子，然后氧離子穿過電解質(zhì)以與陽極處的氫氣反應(yīng)，陽極反應(yīng)產(chǎn)生電和水作為副產(chǎn)物。當(dāng)然，也可能會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品二氧化碳，這取決于燃料種類，但總體來說SOFC系統(tǒng)的碳排放量低于化石燃料燃燒的碳排放量。

SOFC系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)可表示如下：

陽極反應(yīng): 2H2+ 2O2?→ 2H2O + 4e?

陰極反應(yīng): O2+ 4e?→ 2O2?

整體反應(yīng): 2H2+ O2→ 2H2O

SOFC系統(tǒng)可以使用純氫氣以外的燃料。但是，由于氫是上述反應(yīng)所必需的，所選擇的燃料必須含有氫原子。為使燃料電池運(yùn)行，燃料必須轉(zhuǎn)化為純氫。 SOFC能夠在內(nèi)部重整輕質(zhì)烴類，如甲烷（天然氣），丙烷和丁烷。

不過，這些類型的燃料電池尚處于發(fā)展的早期階段。

由于SOFC系統(tǒng)比較的高工作溫度，所以SOFC系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用也存在很多挑戰(zhàn)。一方面是要考慮碳粉積聚在陽極上的可能性，這減緩了內(nèi)部重整過程。賓夕法尼亞大學(xué)解決這一“碳焦化”問題的研究表明，使用銅基金屬陶瓷（陶瓷和金屬制成的耐熱材料）可以減少焦化和性能損失。

此外還有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是啟動(dòng)時(shí)間慢，這使SOFC對(duì)移動(dòng)類的場景價(jià)值不太大。

盡管存在這樣那樣的不少缺點(diǎn)，但在成本上SOFC有著明顯的優(yōu)勢（即雖然大幅提高了操作溫度，但規(guī)避了對(duì)鉑等貴金屬催化劑的需求）。此外，來自SOFC系統(tǒng)的廢熱可以被捕獲并重復(fù)使用，從而將理論總效率提高到80％-85％。

操作溫度高的主要原因，歸因于YSZ電解質(zhì)的物理性質(zhì)。隨著溫度的降低，YSZ的離子電導(dǎo)率也隨之降低。因此，為了獲得燃料電池的最佳性能，需要高的操作溫度。

根據(jù)英國SOFC燃料電池制造商Ceres Power的網(wǎng)站消息，它開發(fā)了一種將其SOFC系統(tǒng)的工作溫度降低到500-600℃的方法。他們用CGO（氧化鈰釓）電解質(zhì)取代了常用的YSZ電解質(zhì)。較低的工作溫度允許他們使用不銹鋼代替陶瓷作為電池基板，這進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的成本和啟動(dòng)時(shí)間。

3.5.2 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC,Molten carbonate fuel cell)

MCFC系統(tǒng)同樣也需要較高的工作溫度，約650℃（1,200°F），與SOFC類似。

MCFCs使用碳酸鋰鉀鹽作為電解質(zhì)，這種鹽在高溫下液化，允許電池內(nèi)的電荷移動(dòng)-在這種情況下，碳酸根為負(fù)離子。

與SOFC類似，MCFC能夠?qū)⒒剂限D(zhuǎn)化為陽極中的富氫氣體，從而無需在外部供給氫氣。重整過程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放。MCFC兼容燃料包括天然氣，沼氣和煤炭產(chǎn)生的氣體。氣體中的氫與來自電解質(zhì)的碳酸根離子反應(yīng)產(chǎn)生水，二氧化碳，電子和少量其他化學(xué)物質(zhì)。電子通過外部電路傳導(dǎo)，產(chǎn)生電流并返回陰極。在陰極位置，來自空氣的氧氣和來自陽極再循環(huán)的二氧化碳與電子反應(yīng)，形成碳酸根離子，補(bǔ)充電解質(zhì)，完成回路。

MCFC系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)可表示如下：

陽極反應(yīng)：CO32- + H2→H2O + CO2 + 2e-

陰極反應(yīng)：CO2 +?O2+ 2e-→CO32-

總?cè)剂想姵胤磻?yīng)：H2 +?O2→H2O

與SOFC一樣，MCFC的缺點(diǎn)包括啟動(dòng)時(shí)間慢，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ鳒囟群芨?。這使得MCFC系統(tǒng)不適合移動(dòng)應(yīng)用，并且該技術(shù)最可能用于固定燃料電池。

MCFC技術(shù)的主要問題是電池壽命短，高溫和碳酸鹽電解質(zhì)導(dǎo)致陽極和陰極的腐蝕。這些因素加速了MCFC組分的降解，降低了耐久性和電池壽命。研究人員正在通過研究組件用耐腐蝕材料，設(shè)計(jì)可不降低性能且延長電池壽命的燃料電池。

與其他燃料電池技術(shù)相比，MCFC也具有明顯的有點(diǎn)，包括：對(duì)雜質(zhì)的抵抗力，及不易于“碳焦化”，這意味著MCFC不會(huì)形成陽極上的碳積聚（碳積聚會(huì)減慢內(nèi)部燃料重整過程，并導(dǎo)致電池性能降低）。

因此，MCFC系統(tǒng)可兼容富含碳的燃料如煤制成的氣體。美國能源部聲稱，假設(shè)該系統(tǒng)可以抵抗因?qū)⒚恨D(zhuǎn)化為氫氣而產(chǎn)生的硫和顆粒等雜質(zhì)的話，煤炭本身甚至可能成為未來的清潔能源燃料。 MCFC也具有相對(duì)高的效率，可以達(dá)到50％的燃料電效率，遠(yuǎn)高于磷酸燃料電池設(shè)備的37-42％的效率。當(dāng)燃料電池與渦輪機(jī)匹配時(shí)，效率可高達(dá)65％，如果熱量被捕獲并用于熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)，則效率可高達(dá)85％。

FuelCell Energy是一家位于康涅狄格州的燃料電池制造商，開發(fā)和銷售MCFC燃料電池。該公司表示，他們的MCFC產(chǎn)品范圍包括從300 kW到2.8 MW的系統(tǒng)，電效率可達(dá)到47％，并且可以利用CHP技術(shù)獲得更高的整體效率。其中一款產(chǎn)品DFC-ERG已與燃?xì)廨啓C(jī)相結(jié)合，據(jù)該公司稱，其燃料電效率可達(dá)到65％。

3.6 蓄電燃料電池

蓄電燃料電池是類似于傳統(tǒng)蓄電池，可通過電力輸入進(jìn)行充電。它的特點(diǎn)是，輸入的能量除了常見的交流電外，還可以通過輸入氫（和氧）作為燃料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，交替對(duì)電池進(jìn)行化學(xué)充電。

3.7 不同類型燃料電池的比較

（Comparison of fuel cell types）

4

燃料電池的應(yīng)用范圍

4.1 電力

固定式燃料電池用于商業(yè)，工業(yè)和住宅的主要（或備用）發(fā)電設(shè)施。燃料電池非常適合用作偏遠(yuǎn)位置的獨(dú)立動(dòng)力源，例如航天器，偏遠(yuǎn)地區(qū)的氣象站，大型公園，通信中心，鄉(xiāng)村地區(qū)（包括研究站），以及某些軍事應(yīng)用。

使用氫氣燃料的燃料電池系統(tǒng)可以做得緊湊且重量輕，并且沒有主要的活動(dòng)部件。由于燃料電池沒有活動(dòng)部件且不涉及燃燒，因此在理想條件下，它們可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)99.9999％的可靠性。這相當(dāng)于六年內(nèi)不到一分鐘的停機(jī)時(shí)間。

由于燃料電池電解槽系統(tǒng)本身并不存儲(chǔ)燃料，而是依靠外部存儲(chǔ)裝置，因此它們可以成功應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能，鄉(xiāng)村地區(qū)就是一個(gè)例子。有許多不同類型的固定式燃料電池，雖然效率各不相同，但大多數(shù)能效率在40％到60％之間。然而，當(dāng)燃料電池的廢熱用于加熱熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的建筑物時(shí)，這種效率可以提高到85％。

這個(gè)程度的效率甚至比傳統(tǒng)的煤電廠效率更高，傳統(tǒng)煤電廠的能源效率只有三分之一左右。假設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)，燃料電池在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中使用時(shí)可節(jié)省20-40％的能源成本。燃料電池也比傳統(tǒng)發(fā)電更清潔；與傳統(tǒng)燃燒石化燃料的發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的25磅污染物相比，使用天然氣作為氫源的燃料電池發(fā)電廠，每生產(chǎn)1000 kW·h就會(huì)產(chǎn)生不到1盎司的污染（除CO2外）。與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電廠相比，燃料電池的氮氧化物排放量減少了97％。

在美國華盛頓州的斯圖爾特島上目前有一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目已經(jīng)開始運(yùn)作。在那里，斯圖爾特島能源倡議項(xiàng)目建立了一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)：

太陽能電池板為制造氫氣的電解槽供電???氫氣以200磅/平方英寸的壓力（1,400 kPa）儲(chǔ)存在500美制加侖（1,900 L）的罐中???運(yùn)行ReliOn燃料電池???為離網(wǎng)住宅提供全電力備用。

（還有一個(gè)封閉的發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)于2011年底在紐約州亨普斯特德揭幕。）

此外，燃料電池可與來自垃圾填埋場或廢水處理廠的低質(zhì)量天然氣一起使用，以產(chǎn)生電力并降低甲烷排放。據(jù)說加利福尼亞州一座2.8兆瓦的燃料電池廠是同類型中最大的燃料電池廠。

4.2 熱電聯(lián)產(chǎn)

熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）燃料電池系統(tǒng)，包括微型熱電聯(lián)產(chǎn)（MicroCHP）系統(tǒng)，用于為家庭（見家庭燃料電池），辦公樓和工廠生產(chǎn)電力和熱能。

該系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的電力（當(dāng)沒有消耗時(shí)將多余的電力賣回電網(wǎng)），同時(shí)從廢熱中產(chǎn)生熱空氣和水。因此，CHP系統(tǒng)有可能節(jié)省一次能源，因?yàn)樗鼈兛梢岳猛ǔ１粺崮苻D(zhuǎn)換系統(tǒng)拒絕的廢熱。家用燃料電池的典型容量范圍為1-3 kWel / 4-8 kWth。與吸收式制冷機(jī)相連的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)利用其余熱進(jìn)行制冷。來自燃料電池的廢熱可以在夏季直接轉(zhuǎn)移到地面，提供進(jìn)一步的冷卻，而冬季的廢熱可以直接泵入建筑物。（明尼蘇達(dá)大學(xué)擁有這類系統(tǒng)的專利權(quán)。）

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以達(dá)到85％的效率（40-60％的電力+余量作為熱量）。磷酸燃料電池（PAFC）是全球現(xiàn)有CHP產(chǎn)品中最大的一部分，可提供接近90％的綜合效率。熔融碳酸鹽（MCFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC）也用于熱電聯(lián)產(chǎn)，電能效率約為60％。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括上升和下降速度緩慢，成本高，壽命短，此外需要有一個(gè)熱水儲(chǔ)存罐作為配套設(shè)施。

4.3 燃料電池電動(dòng)車（FCEV）

這是目前燃料電池被廣泛看好的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，其中又細(xì)分為不同的應(yīng)用場景。

4.3.1 乘用車（Automobiles）

截至2017年，全球約有6500輛FCEV被出租或出售。

全球范圍內(nèi)已經(jīng)推出三款燃料電池電動(dòng)汽車用于商業(yè)租賃和銷售，分別是：本田Clarity，豐田Mirai和現(xiàn)代ix35 FCEV。

其他概念車型包括本田FCX Clarity和梅賽德斯-奔馳F-Cell。

截至2011年6月，測試用FCEV行駛里程已經(jīng)超過4,800,000公里（3,000,000英里），加注燃料超過27,000次。燃料電池電動(dòng)汽車在加注燃料之間的平均續(xù)航里程為314英里。它們可以在不到5分鐘的時(shí)間內(nèi)完成加注燃料的步驟。

美國能源部的燃料電池技術(shù)計(jì)劃指出，截至2011年，燃料電池在25%功率下，實(shí)現(xiàn)了53-59％的效率，在100%功率下實(shí)現(xiàn)了42-53％的車輛效率，并且耐久性超過120,000千米（75,000英里），退化率低于10％。

在“不考慮經(jīng)濟(jì)和市場限制”的油井到車輪（Well-to-Wheels）的模擬分析中，通用汽車及其合作伙伴估計(jì)，與內(nèi)燃機(jī)車相比，每英里行駛一次，使用天然氣生產(chǎn)的壓縮氫氣運(yùn)行的燃料電池電動(dòng)汽車，可以少使用約40%的能源，溫室氣體排放量減少45％。2011年，來自能源部測試燃料電池汽車團(tuán)隊(duì)的首席工程師表示，燃料電池汽車潛在的吸引力是“燃料電池車是全功能車輛，它可不受范圍或加油速度的限制，因此，它可以直接替代任何其他車輛。”例如，如果你駕駛一輛全功能SUV并將一艘船拉到山上，你可以用這項(xiàng)燃料電池技術(shù)做到這一點(diǎn)，但你卻不能使用現(xiàn)有的僅限使用普通充電電池的車輛，因?yàn)槭褂闷胀ǔ潆婋姵氐能囕v更適合城市駕駛。

2015年，豐田以57,000美元的價(jià)格推出了第一款燃料電池車Mirai?，F(xiàn)代汽車根據(jù)租賃協(xié)議推出了限量生產(chǎn)的現(xiàn)代ix35 FCEV。 2016年，本田開始租賃本田Clarity燃料電池。

4.3.2 公共汽車（Bus）

豐田的氫氣燃料電池巴士（TOYOTA FCHV Bus），在2005年世界博覽會(huì)

截至2011年8月，全球共部署了約100輛燃料電池客車。大多數(shù)公交車由UTC Power，Toyota，Ballard，Hydrogenics和Proton Motor生產(chǎn)。到2011年，UTC公共汽車已累計(jì)行駛超過970,000公里（600,000英里）。

燃料電池公共汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性比柴油公共汽車和天然氣公交車高39-141％。

燃料電池公共汽車已部署在世界各地，包括加拿大Whistler；美國San Francisco；德國Hamburg；中國上海，英國London，和巴西S?o Paulo。

燃料電池巴士俱樂部是全球合作進(jìn)行燃料電池公共汽車試驗(yàn)的一種努力。值得注意的項(xiàng)目包括：

? 加利福尼亞州奧克蘭和舊金山灣地區(qū)正在部署12輛燃料電池公共汽車。

? 戴姆勒公司擁有36輛由巴拉德動(dòng)力系統(tǒng)燃料電池提供動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)公交車，于2007年1月在11個(gè)城市完成了為期3年的成功試驗(yàn)。

? 由加利福尼亞州SunLine Transit Agency運(yùn)營的加利福尼亞州部署了一支配備UTC Power燃料電池的Thor公交車隊(duì)。

? 巴西首個(gè)氫燃料電池客車原型機(jī)已部署在圣保羅。該公共汽車在Caxias do Sul制造，氫燃料將在S?oBernardodo Campo從水中通過電解生產(chǎn)。該計(jì)劃名為“?nibus Brasilei roa Hidrogênio”（巴西氫氣公共汽車），包括三輛額外的公共汽車。

4.3.3 叉車（Forklifts）

燃料電池叉車是用于提升和運(yùn)輸材料的燃料電池驅(qū)動(dòng)的工業(yè)叉車。2013年，美國有超過4000臺(tái)燃料電池叉車用于物料搬運(yùn)，其中500輛從美國能源部（2012）獲得資金。叉車的全球市場交易量每年有100萬臺(tái)。

燃料電池叉車的使用公司包括Sysco Foods，F(xiàn)edEx Freight，GENCO（Wegmans，Coca-Cola，Kimberly Clark和Whole Foods）和H-E-B Grocers。歐洲推出了30臺(tái)采用Hylift的燃料電池叉車示范車，并將結(jié)合法國和奧地利的其他項(xiàng)目，將HyLIFT-EUROPE擴(kuò)展至200臺(tái)。派克研究公司在2011年表示，到2020年，燃料電池動(dòng)力叉車將成為氫燃料需求的最大驅(qū)動(dòng)因素。

歐洲和美國的大多數(shù)公司都不使用石油動(dòng)力叉車，而是使用電動(dòng)叉車，因?yàn)檫@些車輛在室內(nèi)工作，必須控制排放。燃料電池驅(qū)動(dòng)叉車優(yōu)于電池驅(qū)動(dòng)叉車，它們可以用單個(gè)氫氣罐工作上8小時(shí)，并且可以在3分鐘內(nèi)完成加氫。燃料電池驅(qū)動(dòng)的叉車可用于冷藏倉庫，因?yàn)樗鼈兊男阅懿粫?huì)因較低的溫度而降低。燃料電池單元通常為插裝式設(shè)計(jì)。

4.3.4 摩托車和自行車（Motorcycles and bicycles）

2005年，一家英國氫動(dòng)力燃料電池制造商Intelligent Energy（IE）生產(chǎn)出第一款名為ENV（排放中性車）的氫氣運(yùn)行摩托車。摩托車擁有足夠的燃料運(yùn)行4小時(shí)，在城市道路上可行駛約160公里（100英里），最高時(shí)速為80公里/小時(shí)（50英里/小時(shí)）。

2004年，本田開發(fā)了一款采用本田FC Stack的燃料電池摩托車。

使用氫燃料電池的摩托車和自行車的其他例子包括臺(tái)灣公司APFCT的踏板車使用來自意大利Acta SpA的加油系統(tǒng)和帶有IE燃料電池的Suzuki Burgman踏板車，接收歐盟2011年整車型式認(rèn)可。鈴木汽車公司和IE公司宣布成立一家合資企業(yè)，以加速零排放汽車的商業(yè)化。

4.3.5 飛機(jī)（Airplanes）

2003年，世界上第一架由燃料電池完全驅(qū)動(dòng)的螺旋槳驅(qū)動(dòng)飛機(jī)試飛，燃料電池采用堆疊設(shè)計(jì)，使燃料電池與飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)表面融為一體。

該無人機(jī)（UAV）是一架使用了Horizon燃料電池驅(qū)動(dòng)的飛行設(shè)備，于2007年創(chuàng)造了小型無人機(jī)飛行距離的記錄。

波音公司整個(gè)歐洲區(qū)的研究人員和他們的行業(yè)合作伙伴于2008年2月對(duì)一架僅由燃料電池和輕型電池供電的載人飛機(jī)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。這架燃料電池示范飛機(jī)，使用質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池/鋰離子電池混合系統(tǒng)為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)直接與傳統(tǒng)螺旋槳相連。

2009年，海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）的Ion Tiger使用氫動(dòng)力燃料電池，飛行了23小時(shí)17分鐘。燃料電池一直在接受測試，并被認(rèn)為可以在飛機(jī)上提供輔助動(dòng)力，取代以前用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和電力需求的石化燃料發(fā)電機(jī)，可以顯著減少碳排放。

2016年，Raptor E1無人機(jī)使用比其可更換的鋰離子電池更輕的燃料電池進(jìn)行了成功的試飛。這次飛行在80米（260英尺）的高度持續(xù)了10分鐘，盡管據(jù)報(bào)道燃料電池有足夠的燃料可以飛行兩個(gè)小時(shí)。燃料被加注在約100個(gè)固態(tài)的1平方厘米（0.16平方英寸）的膠囊中，相當(dāng)于將燃料保存在未加壓的容器內(nèi)。膠囊理化性能穩(wěn)定堅(jiān)固，可在溫度為50°C（122°F）的溫度下運(yùn)行。（該燃料電池來自Arcola Energy。）

由氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的Fuel Cell Demonstrator波音飛機(jī)

4.3.6 船艇（Boats）

世界上第一艘經(jīng)過認(rèn)證的燃料電池船HYDRA，位于德國萊比錫市，使用凈輸出功率為6.5 kW的AFC系統(tǒng)。冰島承諾在2015年之前將其龐大的捕撈船隊(duì)的輔助電力供應(yīng)改為使用燃料電池，并逐步發(fā)展為為其船只提供主電力。阿姆斯特丹最近也推出了第一艘以燃料電池為動(dòng)力的船，用于運(yùn)送城市運(yùn)河周圍的人。

HYDRA，in Leipzig/Germany

4.3.7 潛艇（Submarines）

U212A是由德國海軍造船廠Howaldtswerke Deutsche Werft開發(fā)的非核能潛艇。他的動(dòng)力系統(tǒng)由9個(gè)PEM燃料電池組成，每個(gè)燃料電池的功率在30千瓦至50千瓦之間。

因使用燃料電池，使得這艘潛艇有非常優(yōu)秀的靜默指標(biāo)，并可保持下潛數(shù)周而不需要浮出水面，其潛伏能力相較其他潛艇具有更大的優(yōu)勢。一份海軍報(bào)告提出了核動(dòng)力及燃料電池混動(dòng)的可能性，其中燃料電池在需要靜音操作時(shí)使用，然后從核反應(yīng)堆（和水）補(bǔ)充電池燃料。

4.4 便攜式電源系統(tǒng)

便攜式燃料電池系統(tǒng)通常被定義為為重量不足10千克，功率小于5千瓦。

小型燃料電池在這個(gè)領(lǐng)域的潛在市場規(guī)模非常大，每年潛在增長率高達(dá)40％，市場規(guī)模約為100億美元，這導(dǎo)致大量研究都致力于便攜式燃料電池的開發(fā)。

在這個(gè)市場中，已經(jīng)確定區(qū)分為兩個(gè)類別，第一種是微電池市場，功率在1-50 瓦范圍內(nèi)，用于小型電子設(shè)備。第二種是用于大規(guī)模發(fā)電的1-5千瓦范圍的發(fā)電機(jī)（例如軍用前哨，偏遠(yuǎn)地區(qū)的油田）。

微型電池主要目標(biāo)市場是手機(jī)和筆記本電腦。

這主要?dú)w因于燃料電池系統(tǒng)提供的能量密度，遠(yuǎn)高于鋰離子電池系統(tǒng)提供的能量密度。

對(duì)于鋰離子電池傳統(tǒng)電力系統(tǒng)包括充電器和電池本身。而對(duì)于燃料電池，電力系統(tǒng)將包括電池，必要的燃料和外圍附件。

從整個(gè)電池系統(tǒng)考慮，燃料電池提供的能量密度530Wh / kg，而鋰離子電池則為44 Wh / kg。

在現(xiàn)階段，雖然燃料電池系統(tǒng)的單位重量能量密度具有明顯的優(yōu)勢，但目前的生產(chǎn)成本并不適合終端用戶。鋰離子電池系統(tǒng)的費(fèi)用通常約為每公斤1.20美元，而燃料電池系統(tǒng)每公斤的成本約為5美元，這也是目前無法大面積推廣的主要原因之一。

（但是隨著對(duì)手機(jī)的功率需求的增加，燃料電池可能會(huì)成為更大型供電系統(tǒng)的更具吸引力的選擇。）

消費(fèi)者經(jīng)常要求在手機(jī)和電腦上工作更長時(shí)間的需求，促進(jìn)了燃料電池開始向筆記本電腦和手機(jī)市場邁進(jìn)。隨著燃料電池的發(fā)展繼續(xù)加速，價(jià)格將繼續(xù)下跌。

目前在改進(jìn)型的微型燃料電池方案種引入使用了碳納米管。這一方案由Girishkumar等人展示，在電極表面上沉積納米管顯著提升了工作部位的表面積，從而增加了氧還原速率。

燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用有著非常美好的前景。

使用燃料電池的便攜式電力系統(tǒng)可用于休閑領(lǐng)域（即房車，小木屋，船舶），工業(yè)部門（即用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力，包括天然氣/石油井，通信塔，安全，氣象站），以及軍事部門。

（ SFC Energy是德國直接甲醇燃料電池制造商，生產(chǎn)各種便攜式電源系統(tǒng)。Ensol Systems Inc.是便攜式電源系統(tǒng)的集成商，使用SFC Energy DMFC。）

燃料電池最為突出的關(guān)鍵優(yōu)勢是每單位重量的發(fā)電量很高。雖然燃料電池現(xiàn)階段價(jià)格可能很昂貴，但對(duì)于需要可靠能源的偏遠(yuǎn)地區(qū)，燃料電池可以保持很大的功率。這對(duì)于類似72小時(shí)的戶外巡游，輕量化的比較優(yōu)勢還是相當(dāng)客觀的：燃料電池僅重15磅，而要獲取相同能量，則需要29磅鋰離子電池。

4.5 其他應(yīng)用

? 為基站或小區(qū)提供電力

? 分布式發(fā)電

? 應(yīng)急電源系統(tǒng)是一種燃料電池系統(tǒng)，其中包括照明，發(fā)電機(jī)和其他裝置，以在危機(jī)中或在常規(guī)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)提供備用電源。它們可用于各種環(huán)境，從住宅到醫(yī)院，科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，數(shù)據(jù)中心

? 電信設(shè)備和現(xiàn)代海軍艦艇。

? 不間斷電源（UPS），提供應(yīng)急電源，并且根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)市電不可用時(shí)，通過從單獨(dú)的電源供電，為連接的設(shè)備提供線路調(diào)節(jié)。與備用發(fā)電機(jī)不同，它可以提供瞬時(shí)電源中斷的即時(shí)保護(hù)；

? 基本負(fù)荷發(fā)電機(jī)組；

? 太陽能及氫燃料電池水熱系統(tǒng)；

? 混合動(dòng)力汽車，將燃料電池與內(nèi)燃機(jī)或常規(guī)電池配對(duì)；

? 筆記本電腦，適用于無法提供交流電充電的場合；

? 用于小型電子設(shè)備的便攜式充電底座（例如，為手機(jī)或PDA充電的帶狀?yuàn)A）；

? 智能手機(jī)，筆記本電腦和平板電腦；

? 小型加熱裝置；

? 食物保鮮，通過排出氧氣并自動(dòng)維持裝運(yùn)容器中的氧氣消耗，來實(shí)現(xiàn)食品保鮮，例如新鮮魚類的裝運(yùn)容器；

? 酒駕測試儀，利用燃料電池產(chǎn)生的電壓量，用于確定血液樣品中酒精的濃度；

? 一氧化碳檢測器；電化學(xué)傳感器。

4.6 加氫站

2013年，“紐約時(shí)報(bào)”報(bào)道，整個(gè)美國有“10個(gè)氫氣站可供公眾使用：一個(gè)位于哥倫比亞，南卡羅來納州，八個(gè)位于南加州，另一個(gè)位于埃默里維爾”。

2016年（截止至12月），美國有31個(gè)可公開使用的加氫站，其中28個(gè)位于加利福尼亞州。

冰島的一個(gè)公共加氫站于2003年至2007年間運(yùn)營——為雷克雅未克的三輛公共汽車提供加氫服務(wù)。（該站用電解裝置生產(chǎn)氫氣。）

德國通過其公私合作伙伴關(guān)系Now GMBH，計(jì)劃到2015年，將德國的14個(gè)站點(diǎn)擴(kuò)展到50個(gè)。

截至2017年5月，日本共有91個(gè)加氫站。

截至2016年，挪威計(jì)劃從2017年開始在主要城市之間建立氫氣站網(wǎng)絡(luò)。