燃料電池工作方式與內燃機相類似,除了燃料電池電堆之外,還包括燃料供應子系統、氧化劑供應子系統、水熱管理子系統及監控子系統等。

車載空壓機是車用燃料電池重要部件之一,其作用是提供燃料電池發電所需要的氧化劑(空氣中的氧氣),要求空壓機能夠提供最高功率所需要的空氣。如果按照空氣化學計量比2.0計算,100kw的燃料電池系統大約需要300Nm3/h 的空氣。

增濕器是燃料電池發電系統的另一重要部件,這是因為質子交換膜傳導質子需要有水的環境,反應氣通過增濕器把燃料電池反應所需的水帶入燃料電池內。

氫氣回流泵的作用是是燃料電池發電系統氫氣回路上把未反應氫氣從燃料電池出口直接泵回燃料電池入口,與入口反應氣匯合后進入燃料 電池。

氫瓶在燃料電池汽車上相當于傳統汽車的油箱。為了達到一定的續駛 里程,目前國內外開發的燃料電池汽車大多采用 70Mpa 高壓氣態儲氫 技術,其中高壓氫瓶是關鍵技術。

在對目前氫氣上游產業鏈進行分析和研究后,我們認為氫氣來源和加氫站的建設運營的商業化進程正在逐步提速、成本經濟性也逐漸合理化,因此, 本篇報告將聚焦于燃料電池車的購置成本降低路線和燃料電池的耐久性問題(以PEMFCV質子交換膜燃料電池汽車為例)。

燃料電池車的購置成本主要取決于燃料電池系統成本,包括燃料電堆成本和系統主要部件成本。燃料電池系統成本約占燃料電池車成本的64%,其中,燃料電堆的成本約占整個燃料電池系統成本的47%。

美國能源部(DOE)氫和燃料電池項目對每年氫燃料電池系統的成本進行了測算,以80kw的質子交換膜電池為樣本,以大規模生產(50萬個/年)為測算條件。結果表明,氫燃料電池系統成本已經從2006年的124美元/kw 降至2015年的53 美元/kw(下降近 60%)。

DOE 認為質子交換膜燃料電池系統成本有望于2020年降至40 美元/kw,最終目標是實現30美元/kw。

另一方面,燃料電池的耐久性問題涉及面廣,挑戰大,是目前燃料電池汽 車產業化的棘手問題。

通過研究燃料電池汽車的示范運營情況,業內普遍 認為燃料電池汽車的關鍵材料和部件的劣化模式主要有四種:

(1)頻繁的 啟停引起的高電位造成催化劑碳載體的腐蝕;

(2)反復加減速引起的電位 循環造成的催化劑鉑顆粒粗大化;

(3)低負荷運行導致質子交換膜分解;

(4)低溫循環所伴隨的脹縮造成膜電極機械損傷。