7、燃料电池汽车应用进展全面综述

燃料电池汽车应用进展全面综述

1. 引言

燃料电池作为一种替代电源，与传统电源相比，几乎零排放且效率更高。随着环境危害风险的增加、传统燃料的枯竭以及排放法规的变化，我们迫切需要一种更高效、更环保的电源。燃料电池在汽车领域的应用由来已久，大约150年前就发明了第一个燃料电池，其初衷是用更可靠、更环保的系统取代传统燃料系统。虽然完全取代有困难，但在混合动力系统中使用时，效率会更高，工作输出也更好。

早期，燃料电池主要用于太空计划，后来逐渐进入商业市场，应用于日常交通工具。20世纪90年代初，装有燃料电池电源的车辆问世，但当时氢气等原材料的生产和储存困难且成本高昂，人们曾认为燃料电池可能无法经济地解决能源危机。然而，近几十年来，燃料电池取得了巨大发展，氢气生产和使用成本大幅下降了75%，而且随着技术的不断进步，成本还将进一步降低。

2. 燃料电池的工作原理

燃料电池是一种电化学装置，它将燃料中的化学能转化为电能，产生的是低电压直流电，其工作基于电化学反应原理。系统包含反应物（燃料和氧化剂）、电极（正极和负极）以及电解质。反应物通过多孔电极供给，与电解质发生反应产生电压。当连接外部负载时，离子通过电解质从一个电极移动到另一个电极，电子则通过负载传导。只要持续供应燃料和氧化剂，电流通过负载，且化学结构保持完整，燃料电池就能持续运行。

燃料电池的电动势（emf）约为1V，因此通常将多个电池串联形成模块。吉布斯自由能变化公式为：$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$，其中$\Delta G$是吉布斯自由能，$T$是氧化的绝对温度，$\Delta H$是焓变，$\Delta S$是熵变。$\Delta G$决定了电池的最大可