燃料電池主流應用領域梳理

高溫質子交換膜燃料電池（PEMFC）的構造圖：透過導電覆合材料製造（可使用石墨、炭黑、碳纖維以及/或者碳奈米管增強導電性）的、有銑削出的氣體通道結構的雙極板；多孔碳布；擴散層（通常在聚合物薄膜上）；聚合物膜。

質子交換膜燃料電池

的不同組成部分是

雙極板、電極、催化劑、膜和有必要的硬體

。用於燃料電池的不同部分的材料型別不同。雙極板可以不同型別的材料製造，如金屬、表面包覆的金屬、石墨、柔性石墨C–C複合，carbon–polymer複合材料等。膜電極元件（多邊環境協定MEA），被稱為心的質子交換膜燃料和通常使夾在兩個催化劑塗層碳論文的質子交換膜。貴金屬元素鉑或類似型別通常作為催化劑在PEMFC中使用。另外，電解液可以是一種高分子膜。

燃料電池技術中的術語：

陽極

（Anode）：發生氧化（電子的損失）的電極。對於燃料電池和其他原電池，陽極是負極端子；而在電解池（其中電解發生時），陽極是正極端子。

水溶液

（Aqueous Solution）：水溶液指溶劑是水的溶液。由於水是自然界蘊含豐富的良好溶劑，因此在化學中常用到水溶液。

催化劑

（Catalyst）：一種化學物質，可以提高反應速度但不被消耗；在反應之後，它可能可以從反應混合物中恢復，在化學上保持不變。催化劑可以降低活化能所需能量，允許更快地或在較低的溫度進行的反應。在燃料電池、催化劑促進氧化劑和燃料的反應。通常是將極細的鉑粉塗到碳紙或布上。催化劑表面粗糙、多孔，因此鉑的表面面積可以最大化接觸到氫或氧。催化劑的鉑鍍在燃料電池中膜的表面。

陰極：

（Cathode）：發生還原（電子的獲得）的電極。對於燃料電池和其它原電池，陰極是正極端子；對於電解池（其中發生電解），陰極是負端。

電解質

（Electrolyte）：該物質將帶電離子從一個電極傳導到另一個電極，位於燃料電池、電池或電解槽中。

燃料電池堆

（Fuel Cell Stack）：單獨燃料電池串聯，以增加電壓。

燃料電池應用領域

目前主流發展的應用產品，依據燃料電池發電量歸類，可分為

定置型發電機、運輸工具、行動式電源系統

三大類。

定置型發電機

電力

固定燃料電池被用於商業、工業及住宅主要和備用電力。燃料電池能有效提供郊區電力，為分散式發電，如航天器、遠端氣象站、大型公園、通訊中心、農村處，包括研究站和某些軍事應用非常重要。執行簡單且輕量的氫-氧燃料電池系統，沒有重大的部件需要移動。由於燃料電池沒有移動部件，而且發電不涉及燃燒，在理想的情況他們可以實現起來，具99。9999%的可靠性。相當於六年產電執行其當中有不多於一分鐘的停機時間。因為燃料電池的電解槽系統本身，不儲存燃料，而是依賴於外部儲存單元，他們可以成功應用在大型能源儲存中，設定農村地區是一個例子。

現時，可口可樂、谷歌、沃爾瑪、思科、宜家、雀巢、日產、金百利和更多國際企業安裝或轉了燃料電池，以抒緩他們的能源需求，可見燃料電池的發電效率及環保性在國際上得到認同。另有一個試點方案在華盛頓州的斯圖爾特島上操作，那裡斯圖爾特島能源倡議建立了一個完整的閉環系統：太陽能電池板電源電解槽使得氫儲存在200磅 / 平方英寸（1，400 kPa）壓力的500美製加侖（1，900 L）儲存搭中，並執行ReliOn燃料電池來提供離網住宅的全電動後備。而在紐約州亨普斯特德，有另一個封閉的系統迴圈2011年底公佈發展。

熱電聯產（CHP）

熱電聯產（CHP）燃料電池系統，包括微型熱電聯產（MicroCHP）系統的使用，為家庭，辦公樓和工廠同時產生電能和熱能（見家用燃料電池）。系統生成恆定電力（出售把沒有被消耗的多餘的電力返回到電網），並在同一時間從餘熱中產生熱空氣和熱水。MicroCHP通常小於5 KWe給家用燃料電池或小型企業。

運輸工具

燃料電池車（FCEVs）

一部燃料電池車的部件配置

豐田汽車的Toyota FCV PEMFC燃料電池汽車

在2013年之前沒有可供商業銷售的燃料電池車，自2009年以來已釋出超過了20型別的燃料電池汽車（FCEVs）的原型和示範車。示範車型包括本田的FCX Clarity，豐田的FCHV-ADV，梅賽德斯-賓士的F-CELL。在2011年6月的示範FCEVs行駛超過了4，800，000公里（3，000，000英里）的里程，重新加註燃料超過27，000次。示範燃料電池車已經能夠“在重新加燃料之間的續駛里程超過400公里（250英里）”。它們可以在小於5分鐘的時間內完成重新加燃料。

2014年，韓國現代汽車開始在加州以租賃方式提供燃料電池車 Hyundai ix35 FCEV，一般消費者購買則要到2015年10月豐田Mirai從美國上市，到2016年6月時已經在美國、英國、丹麥、挪威、比利時等地販售。

儘管燃料電池車目前已上市，一些專家認為燃料電池汽車將永遠不會成為與其他技術相比具經濟競爭力，或將需要幾十年來讓它們變得有利可圖。在2011年7月，通用汽車CEO和總裁Daniel Akerson表示，儘管氫燃料電池車的成本正在下降：“氫燃料電池汽車仍然是太貴了，它可能並不實際直到2020年以後，我不知道”。

巴士

Mercedes-Benz（Daimler AG）Citaro燃料電池巴士，在倫敦奧德維奇

在世界上今天有超過100部燃料電池巴士執行。大部分燃料電池巴士是由UTC Power， 豐田（Toyota）， Ballard，Hydrogenics和Proton Motor等公司生產。UTC巴士已經積累了超過600，000英里（970，000千米）的行駛距離。燃料電池巴士比柴油和天然氣巴士的燃料經濟性要高出39–141%。

燃料電池巴士已經部署在世界各地：加拿大Whistler；美國舊金山；德國漢堡；中國上海；英國倫敦；巴西聖保羅；和其他地方。 燃料電池巴士俱樂部是一個全球性的合作努力，在試驗的燃料電池公共汽車。有影響的專案包括：

12燃料電池巴士部署加州的Oakland和舊金山灣區。

在2007年一月，Daimler AG，36部Ballard Power Systems的燃料電池巴士實驗巴士已經成功完成了一個在11個城市的三年的試執行。

在加州的Thor巴士車隊使用了UTC Power燃料電池，由SunLine Transit Agency交通公司執行。

叉車（堆高機）

燃料電池為動力的叉車是燃料電池在工業應用內最大的部門之一。用於材料搬運的大多數燃料電池是質子交換膜燃料電池提供動力，但也有一些直接甲醇燃料叉車進入市場。目前正在運營的燃料電池車隊有大量的公司，包括西斯科食品，聯邦快遞貨運，GENCO（Wegmans的，可口可樂，金佰利，和Whole Foods），和H-E-B雜貨店的。

摩托車和單車類

Element One燃料電池賽車

氫腳踏車，在中國上海

在2005年，英國的智慧能源公司（Intelligent Energy）生產的第一個氫氣執行摩托車ENV（中性排放車）。摩托車有足夠執行4小時的燃料，並且以80千米每小時（50英里每小時）的速度在市區行駛了100英里（160 km）。在2004年本田利用本田燃料電池堆開發了一種燃料電池摩托車。還有其他幾個單車例子［66］和腳踏車例子［67］使用了氫氣燃料電池引擎。

在2007年中國上海，Pearl hydrogen power source technology Co。， ltd公司展示了氫腳踏車，在第9屆中國國際燃油技術裝備和應用展示會。

飛機

由氫燃料電池驅動的Fuel Cell Demonstrator波音飛機

在2008年2月，波音公司的研究人員和在歐洲產業合作伙伴進行的飛行試驗，試飛了由

燃料電池

和輕型電池供電的載人飛機。這架所謂燃料電池演示者（Fuel Cell Demonstrator）飛機，使用了質子交換膜（PEM）的燃料電池/鋰離子電池的混合動力系統的電動馬達，電動馬達被耦合到常規的螺旋槳。2003年，世界上第一個完全由燃料電池供電的螺旋槳驅動的飛機飛行。它的燃料電池是一個獨特的FlatStackTM的堆疊的設計，這允許所述燃料電池被整合在空氣動力學表面之下。

現在已經有了幾個燃料電池為動力的無人飛行器（UAV）。在2007年，一個Horizen燃料電池的小型無人機，創下無人機飛行距離的記錄［70］。軍事上特別感興趣這種應用，原因是它是低噪音，低散熱，可以飛到高海拔。2009年，美國海軍研究實驗室（NRL）的離子虎（Ion Tiger）利用氫為動力的燃料電池，飛行了23小時17分鐘。波音公司正在完成試驗的幽靈之眼（Phantom Eye），具有高空長航時（HALE），可用於飛行在 20，000米（65，000英尺） 並有多達4天的時間進行研究和監測。燃料電池也被用來提供飛機的輔助動力，以取代化石燃料發電機，和以前用於啟動發動機和飛機上電器的電力需求。燃料電池可以幫助飛機減少二氧化碳CO2和其他汙染物的排放和噪音。

船隻

世界上第一個燃料電池船HYDRA使用了鹼性燃料電池（AFC）系統，用6。5-kw的輸出。冰島一直致力於到2015年將其龐大的捕魚船隊使用的燃料電池提供輔助動力，並最終提供船上的主要動力。阿姆斯特丹最近推出了其第一個燃料電池為動力的船，提供給市內周圍觀賞著名的和美麗的運河的遊客。

臺灣目前在日月潭亦有燃料電池客船“希望之星號”，為臺灣燃料電池系統製造商“錫力科技”（YC synergy）所設計之燃料電池與鋰電池混合動力系統，2014年11月15日正式完工並經過下水測試，採用質子交換膜（PEM）燃料電池技術，具備快速啟動、低溫工作（僅約80°C）、長壽命以及適合多次連續啟停操作等優點。

潛艇

不依賴空氣推進（AIP）潛艇可以使用燃料電池為動力。

德國和義大利海軍的212型潛艇所使用的燃料電池可連續下潛幾星期而不需要浮出水面。U212A是一個非核動力的潛艇，由德國海軍造船廠Howaldtswerke船廠開發的。該系統由9個質子交換膜燃料電池，每個可以提供30-kW和50-kW之間。潛艇的靜音給它探測其他潛艇的一個優勢。

行動式電源系統

使用燃料電池便攜電源系統可以在生活領域中使用（即電子產品，露營車，小木屋，海上），在工業領域中（即為偏遠地區提供電力，包括氣/油井場，通訊塔，安全，氣象站等）使用，和在軍事領域中使用。