甲烷燃料电池碱性电极反应式甲烷燃料电池( 二 ) _生活百科

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由于这样的特性，燃料电池的功率密度随着工作电流密度的增加，先上升，在某一电流密度处达到更大值，之后在高电流密度处呈下降趋势。燃料电池的电流密度直接与消耗的燃料成正比，在一定的电流密度下，电压下降越多，电功率下降越多，单位燃料所发出的功率越小，效率也就越小。
前边提到了电流密度，电流÷反应面积很容易理解，因为燃料电池的发电特性，氢气和氧气在双极板上发生反应，一个氢分子可以产生两个电子通过外电路，自然，在反应物浓度一定（对于气体而言就是压力一定）时，双极板面积越大，就有越多的氢气和氧气参与反应。也就是说，燃料电池能够输出多大的电流，不仅仅和反应气的压力有关，与其尺寸同样相关。

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打个比方，双极板的面积就好比内燃机的气缸容积，而反应气的浓度则可以类比看成喷油量和进气量。那么自然，气缸容积大的内燃机在输出上天生有优势。但是单纯的输出能不能够反应发动机的技术程度高低呢？并不能，一台新款的2.0T对比老旧的V8可能输出没那么高，可技术水平则并不能简单的评价。因此，我们用升功率来评价内燃机，类比功率密度（电流密度×电压=功率÷反应面积）评价燃料电池。
☆关键缺陷：慢经过之前的分析，我们可以看到，燃料电池的输出受限于众多内在因素，体现在宏观外在的表现就是，燃料电池的输出特性很软，它无法应对剧烈的功率需求变化。比如驾驶员踩死油门，ECU指挥气泵加大氢气输出量，压力提高，电流密度逐渐提高，同时电压却在下降，不仅响应慢，变化的电压也影响了整个电系统的效率。就像一台涡轮迟滞非常明显的早期涡轮增压发动机，甚至更差。而且，频繁的功率变化也会让燃料电池的寿命加速衰减。

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图为一台额定功率55kW燃料电池电堆从0到满功率的输出仿真曲线，需要差不多25s燃料电池才能达到额定功率
因为这样的特性，燃料电池很难像电池或者发动机那样作为车辆的单一能量源，在实际设计中，一般燃料电池会与蓄电池或者超级电容组成电-电混合动力系统。依靠输出更稳定，响应更快的蓄电池来满足高频的动力需求，而让燃料电池尽量平稳输出。从这个角度来看，燃料电池相当适合作为增程器来使用。就像现在的增程式电动车一样，只不过把用汽油发电的发动机改成燃料电池发电。

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有了电堆也不是终点，就像发动机，不可能只有一个本体，还有燃油供给、空气供给、冷却、润滑等等众多辅助装置。分别对应了燃料电池的氢气/空气供应系统、热管理系统、水管理系统等。因此，完整的可以安装在车上，包括电堆以及整套辅助装置的燃料电池系统也被称为“燃料电池发动机” 。

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燃料电池的优势在于其在稳定工作状态时，能够达到高于内燃机的效率，因此，如何利用这一特点，分配燃料电池/蓄电池组成的混合动力系统之间的功率分配，也既能量管理策略是当前的研究重点。增程式是一个较为简单的解决方案。上一篇《讲堂》中作为引子的爱驰亿维RG Nathalie概念车便采用了这种方案。那么除了增程式，燃料电池汽车是否能够像油电混动车那样有强混、弱混、或者插电什么的其他方案吗？下一期讲堂就讨论“燃料电池发动机”装到车上之后又会发生什么。
【甲烷燃料电池碱性电极反应式甲烷燃料电池】本文作者为踢车帮陆思灏