我国氢燃料电池目前研发的进展程度?如何解决其充电问题?

参见 未来的iPhone续航可以达到一周 氢燃料电池正在准备中_Apple iPhone_cnBeta.COMThe hydrogen landscape 一家名为 Intelligent Energy 的英国公司日前宣布在氢燃料电池的研发上有了突破性进展。可以将超薄的氢燃料电池放进 iPhone 6 中,而不会改变手机的外形。 据称,该公司正在研发一种工具,包含了足量可以支撑一周电量的释放的氢粉末(hydrogen-releasing powder) ,可以持续为手机供能。 试问,目前我国氢燃料电池的…
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谢谢楼主邀请。
对于将氢燃料电池应用于手机上,虽然我没有看到任何实物图片,也没有搜到相关参数,但是这个新闻对于氢燃料电池的产业是有积极作用的,能让更多的普通民众感受到氢燃料电池,至少让大家知道氢燃料电池已经不止是在书本理论以及工业用途中。
hydrogen fuel cell powered iPhone 6 delivers an entire week of battery life—在线播放—优酷网,视频高清在线观看 http://v.youku.com/v_show/id_XMTMyNTg2MDQxMg==.html
视频: hydrogen fuel cell powered iPhone 6 delivers an entire week of batter

相应的,苹果公司也于近日公布了部分关于燃料电池系统的专利
新闻链接:苹果申请燃料电池专利 可让MacBook续航时间长达一周
手机电池福音 苹果获得燃料电池新专利

除此之外,便携式燃料电池系统,英国早已于2005年就有相应的产品,近几年很多公司也推出了相应的氢燃料电池充电宝产品。
Horizon于2012年推出的小型燃料电池系统,新闻链接:零售商开始销售Horizon可携式微型燃料电池产品
楼主问题中的主角,英国Intelligent Energy公司在2014年底也推出了类似的产品
新闻链接:氢燃料电池手机充电器Upp英国开卖
还有MyFC JAQ燃料电池充电器,新闻链接:[图]MyFC JAQ燃料电池“充电宝”:1节电芯可提供2400mAh能量

氢燃料电池是一种发电装置,利用电解水的逆过程生成电以及唯一排放物:水。清洁环保,而且能量密度高,对比市面上的蓄电池能够有更长的续航能力。一般集成燃料电池系统中,氢燃料电池与动力电池组成混合系统,动力电池一般采用锂电池,能够弥补系统输出的峰值(例如燃料电池作为动力的汽车,在启动以及加速阶段),当系统平稳输出时,氢燃料电池作为系统输出同时给锂电池充电(顺便说一句,这样的混合动力系统可以大大延长锂电池的寿命,保持性能,增加循环充电次数)。这样的系统在清洁零排放的前提下,可以有比纯电动更长久的续航,而且充氢时间只需1.5~3分钟。对比丰田的燃料电池汽车Mirai和特斯拉,Mirai续航500km,充氢时间3分钟;特斯拉续航400km,快充状态20分钟充到80%,再过20分钟才能充满。
除了动力系统,燃料电池也可以作为备用电源,应用于通信基站等;还有固体氧化物燃料电池(SOFC)可以作为供电设备。
图示为燃料电池对比汽油以及纯电动的优势。
丰田Mirai的官方图
对于应用在手机上的燃料电池系统,应该也是类似的原理,但是要在不改变外形的情况下整合到手机中,非常难,需要大笔的投入,即使投入市场,现阶段它的价格也是很难让大众接受。

再说一说现阶段应用氢燃料电池的主要存在问题
一:燃料电池寿命,燃料电池的寿命一直是这一行业的致命性问题,现阶段的目标是5000~10000h
二:氢气的制备、储存、运输;以及加氢站的建设
根据我的认知,目前主要的制氢方法有煤制氢(0.6-1.2元/m3)、天然气裂解制氢(2元/m3)、甲醇制氢(1.8-2.5元/m3)和电解水制氢(4-5元/m3)等,煤制氢成本最低,而直接电解水制氢的成本则最高(数据均来自网络),但是电解水制成的氢气浓度最高,除此之外还有生物制氢、蒸汽重整制氢等方法。目前美国、德国、日本都发达国家都在积极推动风电制氢,风能产电,在用电峰期直接并入电网,而在谷期,或产能过剩时,将电能用来制成氢气,这也是储能的另一种方式(太阳能电解制氢同理)。我国的多个风电制氢示范项目也已在建设或筹划中,河北沽源县风电制氢工程不仅是国内首个示范项目,也是世界上最大的风电制氢项目,投入达20.3亿元。
加氢站的建设涉及到氢气的运输与储存,需要非常高的资金投入,欧美、日本等国家政府已经开始大力支持加氢站的建设:美国加州:2016年底运行68座加氢站;日本:2018年之前建设120座加氢站;德国:2015年建设50座加氢站;英国:到2030年建设1150座加氢站。相应的政府都有补贴政策。
三:大家对氢气安全性的顾虑
氢气的爆炸条件:1.达到爆炸极限(4.1%~74.2%(体积浓度))2.有明火;这两个条件缺一不可,而且氢气是世界上已知的最轻的气体,密度只有空气的1/14,意味着如果发生泄漏,会立即向上扩散。

图示为氢燃料电池汽车和汽油车发生能源泄漏燃烧的对比。
对于安全的考虑是整个燃料电池系统设计的重中之重,就我们团队开发的系统而言,故障报警项目有60多个,控制思路上对于90%的故障的反应就是停机,断电,断气。

燃料电池应用国内的现状,我国2015年新增一座加氢站(郑州),除此之外还有北京和上海各一座,国内政府也有相应的补贴政策,但是燃料电池在国内市场仍然是等风来的状态,现在新能源的热度集中在纯电动,但是很多国内汽车企业已经成立了燃料电池专项部门。国产的燃料电池在寿命和能量密度和国外确实有一定差距,但是同行的朋友们都在努力,相信能够看到未来。
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泻药。
不看好民用便携氢氧燃料电池的研发。
1.首先没法解决的就是氢气怎么补充的问题,对民用的一个充电宝或者电池,在现有制氢情况下,不可能获得便捷的氢气补充。
2.便携燃料电池方面,美国军方在资助一些甲醇燃料电池的研发,对于军方来说,深入敌后,方圆三公里内找不到插座时候,用甲醇燃料电池工作的无人机,电脑,电台之类的,似乎比用锂电池更加具有吸引力。太阳能板占地面积大,反光暴露目标也不是啥好选择。只是甲醇的能量密度先天不足,目前除了一些示范性项目,例如机器人,无人机啥的,也没有什么实际应用产品出来。
美国军方对燃料电池以下几个优点非常感兴趣:
首先是低噪音。电池工作的时候非常安静(所有电池都一样),比内燃机有巨大优势。其次是低热量指征,躲避红外侦察。最后是充电快,只需要添加燃料即可,不需要像锂电池一样长时间等待充电。军方对成本目前来说要求并不苛刻。
简单举几个我知道的例子:
(1) GM公司和TARDEC(美国陆军坦克车辆研发中心)13年开始联合研发燃料电池推进的武装车辆。迄今还停留在小尺寸无人驾驶层次。如下图,很萌很Q。最终目的是研发全尺寸的武装车辆。
(2)SFC号称向军方、执法部门、工业界以及私人提供了超过两万套便携式甲醇燃料电池作为充电系统。如下图这种。但据我所知,仍然是实验装备阶段,未列入美军制式装备。
(3)潜艇的AIP系统(air-independent propulsion)。在无法获得外界氧气的情况下让潜艇继续工作。用于延长常规潜艇潜水工作时间。由于美国海军大量装备的是核潜艇,下潜时间本来就长,所以对此不感兴趣。使用燃料电池作为AIP系统的主要以德国海军为主。209,212,214型潜艇均采用了西门子研发的燃料电池作为AIP系统。和传统的斯特林发动机技术相比,燃料电池工作起来几乎没有噪音,大大提高了潜艇战时的生存能力。当然,燃料电池的AIP系统维护起来也是复杂的很,估计也就是德国海军这种精细型专业型海军驾驭的了吧。
(4)我们实验室也有一个便携性燃料电池项目,FBI和US army的兴趣所在。没取得老板的同意(也取得不了)就补拍照了。整体来说,还是玩具阶段,给大人物们show一下用。

3. 车载现在是最商业化最成熟的一个方向了。丰田从Prius里面尝到了甜头,对新能源车总是有种破釜沉舟的勇气,一头扎进燃料电池毫不动摇的搞出了商业化的车型,而且还对锂电池的电动汽车嗤之以鼻,表示要搞就搞终极解决方案,直接上燃料电池。不过现在国际低迷的油价对于丰田简直是迎头重击啊,当年丰田一门心思搞Mirai的时候,国际油价似乎有着冲击200美金一桶的趋势,所以丰田也豪言壮语的表示,之前咱们搞prius,你们都嘲笑咱,现在国际油价这个样子,服了吧。现在我们搞Mirai,你们也嘲笑咱,等国际油价200美元一桶的时候,你们就等着跪舔我们吧。现在不到50美元一桶的油价,不知道是否会影响丰田高层的信心。不过考虑到日本是个没有资源的国家,对于氢能源这种他占据优势且又号称宇宙黑科技的技术,应该还是会大力推进的吧。
4. 我老板原来是NSF负责新能源的director,他之前也搞氢氧燃料电池,但是后来发现这个是个成本坑爹货。他现在坚定不移的认为,燃料电池用做储能才是未来真正有前景的方向。在这个路上已经狂奔好多年,经费骗了好几百万美元,还将继续把这个春天里的故事讲给能源部,NSF,国防部等等。至于我,就是个打工的搬砖民工,老板指哪里,我也只好去搬砖。只是说,目前未见显著产业化成效。