中國儲能網(wǎng)訊：在日漸火熱的民用無人機市場，氫燃料電池動力系統(tǒng)讓很多企業(yè)想嘗試卻又顧慮重重。
其實氫燃料并不是個什么新發(fā)明，早在半個世紀前氫能就應用于航天領域了，隨著人們不斷地掌握多種先進的制氫技術，氫燃料電池被運用于發(fā)電、汽車、航空等領域。
讓企業(yè)猶豫不決的，是其高昂的成本，除此之外，技術的可靠性更是關鍵原因。為此，我們采訪了眾宇動力副總經(jīng)理李九鼎先生，對氫燃料電池動力系統(tǒng)進行詳盡的了解。
Q：氫燃料電池為什么是被看好的21世紀新能源之一，氫燃料電池與鋰電池相比，到底有哪些優(yōu)勢？
A：氫能在無人機、汽車、工廠、住宅供電等方面都有著極大的需求和應用前景，甚至在未來有望取代現(xiàn)有石油經(jīng)濟體系，進入“氫經(jīng)濟”時代，成為人類生活必不可少的能源。主要有幾大優(yōu)點：
一是高效能：其發(fā)電效率通常能達到32%至70%。以民用無人機為例，目前市面上的多旋翼無人機主要采用鋰聚合物電池作為主要動力，續(xù)航能力一般在20 分鐘至30分鐘之間，因技術方面不同有所差別，大部分續(xù)航時間都是在45分鐘以內(nèi)；而氫燃料電池動力系統(tǒng)的旋翼機，續(xù)航時間超過4.5小時。
解讀氫燃料電池：前景廣闊 商業(yè)化之路并不遠
二是環(huán)保：燃料電池的排氣是水蒸氣，對環(huán)境的影響可忽略不計。隨著全球工業(yè)化進程不斷加快，化石燃料消耗量日益增長，環(huán)境污染問題也越來越受到關注，氫能有望成為清潔燃料的替代品。
三是安全：氫氣是最輕的、逃逸性最強的燃料，很難聚集；燃料電池工作的整個過程溫度在80C以下，沒有燃燒過程；海拔3000m以下，對燃料電池性能影響微乎其微。
Q：那氫燃料電池的工作原理是什么？
A：氫燃料電池是使用氫這種化學元素，制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫在陽極變成氫離子（質(zhì)子）通過電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陰極，同時放出電子通過外部的負載到達陰極，與氧氣發(fā)生反應生成水。
氫燃料電池的基本結構和基本燃料電池的結構相同包括：電極、電解質(zhì)隔膜與集電器等。
電極是燃料氧化和還原的電化學反應發(fā)生的場所，可分成陰極與陽極兩部分。電解質(zhì)隔膜的功能是分隔氧化劑與還原劑并同時傳導離子。目前燃料電池所采用的電解質(zhì)隔膜可以分為兩類，一類為以絕緣材料制作多孔隔膜，例如石棉膜、碳化硅膜和鋁酸鋰膜等，再將電解液，例如氫氧化鉀、磷酸和熔融碳酸鹽等，浸入多孔隔膜：另一類電解質(zhì)隔膜為固態(tài)離子交換膜，例如質(zhì)子交換膜燃料電池中采用的全氟磺酸樹脂膜。集電器也稱做雙極板，它只有收集電流、疏導反應氣體及分隔氧化劑與還原劑的作用；雙極板的性能取決于材料特性、流場設計與加工技術。
由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，并及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。由于氫燃料電池不儲能，確切的講應該稱為氫發(fā)電裝置。
Q：既然氫燃料電池具有如此優(yōu)勢，那么無人機行業(yè)氫燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀又如何呢？
A：目前無人機電池大部分仍然是鋰電池，氫燃料電池并未得到大面積普及。但是國內(nèi)外很多企業(yè)都開始推出氫燃料電池動力系統(tǒng)的無人機產(chǎn)品。
國外，前不久俄國NELK公司制造的氫燃料電池八旋翼無人機在莫斯科近郊切爾諾戈洛夫卡進行的測試中創(chuàng)下了3小時10分鐘的多旋翼無人機飛行時長記錄。國內(nèi)，科比特發(fā)布了一款名為HYDrone-1800的多旋翼無人機，采用氫燃料電池，續(xù)航時間長達273分鐘。
而且在今年的5月29日，眾宇動力團隊在海拔3500米，環(huán)境溫度-4℃的新疆勝利達坂地區(qū)，順利完成了對氫燃料電池系統(tǒng)在高原應用中功效的檢測。結合 2015年在新疆亞洲地理中心的-17℃低溫測試，基本解開了中國廣袤地域的使用限制束縛。可以預見，氫燃料為能量載體的時代很快就會到來，在無人機行業(yè)的應用范圍會大規(guī)模擴大。
Q：那當前行業(yè)應用的限制因素主要有哪些呢？我們在對待氫燃料電池方面有哪些認識誤區(qū)？
A：很多企業(yè)對氫燃料電池存在顧慮，主要基于技術是否成熟、氫氣的來源、氫氣的存儲及安全等問題。下面我來解釋一下這幾個問題：
首先是氫氣的制?。簩⑻柲?、風能、水的位能等可再生能源轉(zhuǎn)化成電能，利用電解電池，電解水制氫，通過高效儲氫材料常溫儲存，或經(jīng)管道輸送，其危險性不比天然氣更大，目前全球制氫技術非常成熟。
其次是燃料電池的價格：很多人認為，在氫燃料電池發(fā)電的過程中用到的金屬鉑催化劑是造成燃料電池成本高的主要原因。但是事實上，在燃料電池中的鉑使用量非常少，其材料成本根本不高，每kW功率燃料電池所含有的鉑的價值大約也就100-200元RMB，而且目前用量還在不斷降低。真正造成成本高的原因是產(chǎn)業(yè)不夠成熟，產(chǎn)量太小導致生產(chǎn)成本過高。當然單靠無人機行業(yè)可能無法將產(chǎn)量做到足夠大，但是隨著氫燃料電池在汽車等其他領域的普及，其成本會大幅下降，甚至低于鋰電池目前的成本水平。當然目前還有很多公司和研究機構在研究非貴金屬催化劑，目前有一些已經(jīng)取得了不錯的效果。
最后是氫氣的儲存和運輸，一般常見的儲存方法有常壓吸附儲氫、高壓儲氫、液氫儲氫、化合物儲氫等。氫氣的各種存儲方法都有各自的缺陷，目前一般都是根據(jù)終端產(chǎn)品的應用領域和使用方法來選擇更合適的儲氫方法。工程師們正在不斷的努力設計出使用更方便更安全的加氫設備，做到像汽車加油一樣的便捷。
Q：氫燃料電池能否在無人機行業(yè)規(guī)?；⑸虡I(yè)化應用？
A：很顯然，這個答案是肯定的。隨著氫燃料電池技術的進步，近幾年來全世界范圍內(nèi)燃料電池產(chǎn)品的出貨量在不斷增長。燃料電池的性能、壽命、成本三大主要問題正在逐步解決，讓商業(yè)化發(fā)展成為可能。
世界各國都對氫燃料電池表現(xiàn)出極大的熱情并投入巨大的資金。而且我國國家頂層設計也在加快燃料電池的市場化步伐，積極培育以儲氫罐、加氫站、輸氫管道等為標志的氫經(jīng)濟或氫產(chǎn)業(yè)。
5月底，李克強總理在湖北武漢考察時，就很關注氫燃料電池動力系統(tǒng)的研究和發(fā)展，希望我國企業(yè)能多掌握這樣的清潔能源技術，成功應用到各個領域，讓大家的生活能夠在干凈整潔的條件下越來越好。
緊隨其后在6月初，國家發(fā)改委、能源局發(fā)布了《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》。以圍繞環(huán)境質(zhì)量改善目標提供清潔能源技術支撐等的四個圍繞為綱領，提出了新能源發(fā)電、電氣設備等領域的多項高端技術發(fā)展規(guī)劃。
Q：我國是能源消費大國，又是能源短缺國家。氫能的研發(fā)與應用，對我國的能源發(fā)展現(xiàn)狀起到哪些作用？
A：這里我們要先普及一下“垃圾電”的概念。風電本身具有不穩(wěn)定性，不易準確預計，風況不穩(wěn)定，產(chǎn)生的電能就不穩(wěn)定，風電的電能質(zhì)量也較差，其功率因數(shù)和諧波往往得不到有效控制。風電和光伏發(fā)電因此被稱為“垃圾電”從而不得不放棄，造成巨大浪費。
有數(shù)據(jù)顯示，2010年至2015年，我國棄風電量累計達到997億千瓦時，直接經(jīng)濟損失超過530億元。2015年棄風電量就達到339億千瓦時，直接經(jīng)濟損失超180億元，幾乎抵消全年風電新增裝機的社會經(jīng)濟效益。
新疆自2015年11月以來棄光率一路飆升，從2015年12月份的接近60%棄光率，到2016年2月份已高達70%，成為目前全國棄光最為嚴重的省份。
在中國的新疆、甘肅等地，如果可再生能源所發(fā)出的電能夠得到全部的利用，已經(jīng)能夠覆蓋其所有用電需求，甚至還有富余。
在交通領域，使用燃料電池發(fā)動機驅(qū)動的公共汽車已經(jīng)開始在國內(nèi)興起。而2015年僅被棄掉的風電就可制氫約62萬噸，這些氫氣可供25萬輛公共汽車每輛每年行駛約7萬公里。
如果用來燃燒使用，62萬噸氫氣相當于67.8億立方，而2016年全國天然氣總需求量也才2000億立方。
按照中國的可再生能源裝機增長速度，如果能夠利用燃料電池和氫能來較好的解決棄風棄光問題，完全有可能在本世紀中葉完全擺脫化石能源，形成真正的氫能經(jīng)濟。
小結：
當前，燃料電池處于從技術開發(fā)向商業(yè)運作轉(zhuǎn)折的時期。首先從技術性能來說，多條技術路線基本統(tǒng)一，主流技術已經(jīng)出現(xiàn)，如高功率的金屬板電堆、70MPa的高壓氫氣瓶。
其次，燃料電池的材料、設計以及制造技術趨于成熟。從參考到試驗，從加工到生產(chǎn)，我國目前已經(jīng)掌握了催化劑、膜、炭紙等關鍵材料的制備工藝，并且批量生產(chǎn)技術趨于成熟。
最后，燃料電池成本有望繼續(xù)降低。高成本一直是制約燃料電池商業(yè)化應用的關鍵問題之一。但是，這并不是死命題無法解決。有業(yè)內(nèi)專家指出，加強對儲氫材料、氫的電解制取和燃料電池的開發(fā)力度，大幅度降低其成本，同時實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，攤薄制造成本，這一合理的氫經(jīng)濟結構的實現(xiàn)或?qū)闀r不遠。
