一文看透“老古董”氢能源的过往今生

【卡车之家 原创】为了实现碳中和，降低传统能源，增加新能源占比已然是大势所趋。不过目前纯电产品受制于电池容量、续航里程、充电速度等各种因素限制，其使用场景多局限于城市，那有没有一种新能源能解决这些问题呢？

答案肯定是有的，氢能源就可以解决，但是为什么氢能源现在还未能像电动产品一样普及开呢？我们今天就来详细地了解一下。

氢能源的过往

谈到氢能源，它并不是近年来的新兴产品，而是“古董级产品”。

早在1800年的时候，英国科学家就已经发现能通过电解的形式制造氢气，1801年法国科学院院士汉弗莱·戴维首次提出了燃料电池概念，1838年德国科学家克里斯蒂安·弗里德里希·舍恩拜因对燃料电池的现象和原理展开深入研究，并于1839年提出相关理论。

同年英国物理学家威廉·罗伯特·格罗夫基于舍恩拜因的理论，将两个铂电极的一端浸没于硫酸溶液中，另一端分别置于氢气和氧气中，并检测到铂电极之间的电流流动以及液面上升（水电解的相反过程），格罗夫称这种电池为“气体电池”，于是氢燃料电池的雏形就诞生了，格罗夫也因此被称为“燃料电池之父”，而此时距离汽车的诞生还有47年。

在接下来的时间，科学家们对燃料电池的理论进行了各种完善：试图制造出第一个可实用的燃料电池装置；完善燃料电池的工作理论，指出电极、电解质、氧化剂、还原剂、阳离子和阴离子是燃料电池的关键要素等等。不过当时的氢燃料电池都还处在实验阶段，并不具备实用性。

氢燃料电池的首次工业化应用是在1895年，英国科学家威廉·雅克，制作出了一个由100个管状单电池组成的1.5千瓦的电堆和一个约30千瓦的电堆，该电堆使用通入空气的圆柱形铁罐做电池阴极，碳棒为电池阳极，采用约450摄氏度的熔融KOH作为游离电解质，获得了良好的电池性能（100毫安/厘米2,1.0伏），该项研究被推荐用于英国的电动潜艇，这意味着燃料电池开始迈向工业实用领域。不过此时的燃料电池仍然存在导电率低、粒子交换膜化学稳定性差等问题，实用价值仍然有限。

在接下来的几十年里，科学家们尝试了用碳制取氢气、用熔融碳酸盐、热氢氧化钾等做电解质、用硫酸化的聚苯乙烯离子交换膜等各种方法来提升燃料电池的各项性能。

通过技术的不断迭代，在20世纪60年代，聚合物电解质燃料电池逐渐分为两类：低温质子交换膜燃料电池（工作温度不超过100C°）和高温质子交换膜电池（工作温度150-200C°），并开始逐步运用在潜艇、拖拉机、航空等工业领域上。

而汽车领域引入氢燃料电池系统是在1966年，通用汽车推出了全球首款燃料电池汽车Electrovan，该车动力系统由32个串联薄电极燃料电池模块组成，持续输出功率为32千瓦，峰值功率为160千瓦。而这个时候，我国的大连化物所也开始研制航天氢氧燃料电池，并于1978年设计制造出我国第一台碱性燃料电池，开启了我国氢燃料电池的研发和实用之路。