氢燃料电池的概念并不新鲜。它自 19 世纪以来一直存在。然而，碳足迹现在是全球关注的问题，为了取而代之，研究人员仍在寻找可持续的选择。保持零排放，氢燃料电池是未来的发电机；或者，是吗？氢燃料电池的优缺点探讨了这种电源的局限性和范围。
氢燃料电池是什么？
燃料电池利用氢的化学能清洁高效地发电。如果氢是燃料，那么电力、水蒸气和热量是唯一的残余产物。燃料电池在其潜在应用方面是独一无二的；它们可以为大到公用电站和小到笔记本电脑的系统供电。
燃料电池如何工作？
燃料电池像电池一样工作，但它们不会耗尽或需要充电。相反，只要提供燃料，它们就会产生电力和热量。燃料电池由两个电极组成：一个负极(或阳极)和一个正极(或阴极)：夹在电解质周围。
燃料，例如氢气，被送入阳极，空气被送入阴极。在氢燃料电池中，阳极上的催化剂将氢分子分离成质子和电子，它们通过不同的路径到达阴极。电子通过外部电路，产生电流。质子通过电解质迁移到阴极，在那里它们与氧气和电子结合产生水和热量。
氢燃料电池的优势/优点
清洁和不间断的燃料供应，不向大气排放有害成分是氢燃料电池的一些共同优势。下面列出了燃料电池的其他一些优点。
1. 低排放是氢燃料电池的一大优势
氢燃料电池结合氢和氧产生电能，可有效用于汽车和工业用途。这个过程产生的唯一残留物是水和热空气。与每年排放的 4.6 公吨二氧化碳相比，这可能是使用氢燃料电池的一个备受推崇的优势。
2. 持续供应
只要提供燃料和氧气，燃料电池就可以持续发电。因此，与传统电池不同，它们不必经常更换。它们的操作和性能与传统电动汽车相似；但是，它们的效率完全不同。例如，必须等待长达 8 小时才能为电动汽车充电，而使用燃料电池的汽车需要大约 5 分钟才能充满电。
此外，电动汽车的续航里程通常约为 230 英里，而使用氢燃料电池的汽车无需加油即可达到 310-370 英里的续航里程。
3. 提高生产力
许多公司已经转向氢燃料电池技术来提高他们的生产力并大大减少碳排放。氢燃料电池在运行期间不会产生任何二氧化碳排放，即使它们的生产不一定是无碳的。
与需要充电时更换大型、重型铅酸电池的过程更长、更复杂相比，氢燃料电池的充电过程很容易，大约需要三分钟。此外，与丙烷气瓶相比，氢动力设备可以运行更长的时间和更少的加油频率。
4. 适用于重载应用
氢燃料电池可能是长距离行驶和承载重物的重型车辆的解决方案。出于各种充分的原因，氢燃料已在卡车、轮船、火车和飞机等车辆中进行了测试，而二氧化碳排放量和效率就是其中两个。
5. 家庭使用
国内使用是氢燃料电池可预见的优势之一 氢也是替代在一些国内应用中使用的压缩天然气的有力竞争者。斯旺西大学的一项研究发现，高达 30% 的家用天然气可以安全地用氢气替代，而无需更换锅炉或烤箱。
氢燃料电池的缺点
作为一种异常元素和高爆炸性气体，氢有其自身的局限性。从运输到受控环境，一些主要挑战也导致了氢燃料电池的缺点。
1. 储存是氢燃料电池令人担忧的缺点之一
氢气需要高密度存储，这对工业部门来说是一个更大的挑战。目前的存储解决方案通常需要以气态形式存储大量氢气。此外，运输高密度压缩氢气更具挑战性。为此，需要大容量、高压的压缩气体罐。
2. 效率低于电池
由于电池的开发考虑到更高的成本效率和可靠性，因此氢燃料电池仍然被认为效率较低。电动汽车和混合动力汽车总体上比燃料电池电动汽车 (FCEV) 提供更好的效率。
电池在充电和放电时由于效率低下而仅损失其初始能量输入的 17%。用于在氢燃料电池内产生电能的循环浪费了其能源效率的 50% 以上。
3. 制氢依赖化石燃料
尽管氢燃料电池在运行过程中不会排放有害气体，但生产氢燃料的情况并非如此。产生与氢燃料电池产生的能量几乎相同的能量。
氢大量存在于地球资源中，但它通常与其他元素结合，必须分离才能用于能源目的。从碳氢化合物等化合物中分离氢的过程是以时间和资金为代价的。太阳能和风能是获得氢燃料电池电力的两种更安全的方式，这在某些地区是无法获得的。
4. 成本
成本是氢燃料电池的主要缺点之一，因为该技术需要复杂的设施和高维护。从存储到加油，无论是汽车还是工业，运输和运送到目的地所产生的成本对于每个行业来说都是难以承受的。
氢燃料电池可能是一种可再生能源，但目前其生产主要依赖于天然气等不可再生能源。
5. 进一步批评
一些评论员认为，氢燃料电池汽车永远不会在经济上与其他先进技术竞争。他们需要数十年的时间才能盈利和高效。
电池电动汽车制造商特斯拉汽车公司的首席执行官埃隆马斯克在 2015 年表示，由于生产、运输和存储限制的低效率，用于汽车的氢燃料电池永远不会在商业上可行。一个主要问题是氢气高度易燃。
氢燃料电池优缺点总结
尽管氢燃料电池是其他不可再生能源的清洁替代品，但仍有不少问题需要考虑。零碳足迹和环境友好是它的好处。另一方面，存储成本和安全的运输环境是仅次于成本的主要问题。因此，在取代传统能源用于工业和家庭用途之前，最重要的是了解氢燃料电池的优缺点。
氢燃料电池经常问的问题
氢燃料电池有什么缺点？
由于氢气在室温和压力下以气体形式存在，因此将其保存在车辆中并不容易。由于燃料电池和电动机不如汽油发动机和柴油发动机坚固，因此它们的使用寿命不长。燃料电池相当昂贵。
氢燃料电池有哪些优势？
- 减少温室气体排放。
- 高可靠性。
- 安装和操作的灵活性。
- 可再生能源开发。
- 对外国石油的需求减少。
燃料电池的局限性是什么？
在燃料电池方面，有四 个限制：成本、耐用性、大小和重量。此外，氢气处理具有三个限制：氢气生产、氢气输送和氢气储存。
为什么不使用氢气作为燃料？
然而，由于各种原因，它没有被用作国内能源：氢气难以获得，生产成本高。与其他气体不同，氢气在大气中不易获得。它的生产涉及水的电解等程序。这个过程非常昂贵且耗时。
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