1969年阿波罗首次登月就采用了燃料电池技术，进入21世纪后，燃料电池产业得以长足发展，日本已将其作为国策，我国各部委也相继发声，2016年将发展氢能及燃料电池技术确定为国家重点战略发展趋势。近期，我们在各种媒体上也经常听到或看到氢燃料电池技术的应用，比如东京残奥会提出要为采用氢燃料电池汽车作为赛事用车、在运动员奥运村全面采用氢燃料电池技术供电，张家口冬奥会期间也将投入运行2000辆氢燃料电池汽车，那么氢燃料电池到底是什么技术？它为何会受到世界各国的青睐？

  氢燃料电池其实就是一种发电机，不是我们常规理解的充电再放电的“电池”，它是利用氢气和空气中的氧气发生电化学反应由此产生电流的一种装置，原理也很简单，就是电解水的逆反应。在中学阶段大家都学过电解水原理，也操作过电解水的试验装置。电解水装置是在水里面通入直流电，在电极正、负极产生氧气和氢气的装置，如下图：

  氢燃料电池就是通过在装置内通入氢气和空气（利用空气中的氧气）产生直流电，直流电去驱动电机，通过电机驱动轮毂、桨叶就作为了动力输出；直流电通过交流变换等并入电网或直接介入用户就作为了电力输出，如下图（从左到右分别是氢气的气体扩散层、催化剂层、质子交换膜、催化剂层、空气的气体扩散层）：

  氢气进入到装置内，遇到黄色部分，上面有催化剂，氢气遇到催化剂就分解为质子和电子，质子和电子继续往前移，直到它们遇到质子交换膜后，质子交换膜只容许质子穿过去，那么电子就被逼的走外回路，这样就产生的电流，然后质子和电子在氧气侧汇合后，它们三者在催化剂作用下就变成了水。

  可以看的出，氢燃料电池发电过程中没有机械运动部件，也就没有摩擦损耗；环境和温度也只有80-90℃，热损失很低，因此它的发电效率很高，可以到达50%-60%，传统内燃机只有35%-40%左右（从1960年到现今70年间才提升了10%），并且基本到了效率的天花板。另外氢燃料电池发电没有尾气排放，它只排放了水，也没噪音，在全球能源紧缺、环境保护的压力下，世界各国如此青睐氢燃料电池发电技术也就理所当然了。

  展望未来的发展，结合太阳能发电、风力发电、电解水制氢、氢燃料电池技术能实现零碳排放的“取之不竭”能源循环体系。

  （风力、太阳能发电直接供用户，多余的电通过电解水制氢储存，在自然条件不好的情况下，储存的氢气通过氢燃料电池发电后又变成水，唯一消耗的是太阳能和风能）

  目前氢气还是作为一种危化品来管理，原因是长期以来氢气产量的95%以上一直在化工行业中使用，但却忽略了它的作为能源的属性，它的安全性比我们常见的能源要高，如下表：

  分析上表的数据能够准确的看出：氢气的热值只有10.68MJ/Nm³，热值（体积单位体积内的包含的能量）越低，爆炸能量越小；氢气的密度只有0.089g/L，密度越低，在开放空间的逃逸速度越快；氢气的爆炸极限下限是4%，爆炸极限的下限越高，越安全。所以说，氢气的物化性质决定了它远比汽/柴油及天然气安全，并不像人们想象中那么可怕，还可以说在使用的过程中是所有能源中最安全的。下图直接证明了其安全性能。

  船舶作为航运业、海洋开发及国防建设提供技术装备的综合性产业，是国家实施海洋强国和制造强国战略的重要支撑。《中国制造2025》已将高技术船舶列为十大重点发展领域之一。船舶的传统动力推进装置，如柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等，通过消耗柴油来产生动力，存在如下主体问题：燃料能量转换效率低（约35%）；柴油机的振动噪声等级高，极大降低了船舶的舒适度；燃料燃烧产生大量温室气体、氮氧化物、硫氧化物和颗粒物，导致非常严重的生态环境污染；化石能源是非可再次生产的能源，而且现有的化石能源储量有限，不能支撑人类的持久发展。因此，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已成为绿色船舶的重要发展趋势。氢燃料电池是21世纪绿色动力能源技术制高点，是一种将氢气与氧气（空气）中的化学能经电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高、单位体积内的包含的能量高、振动噪声低和零排放等优点。此外，氢是可再次生产的能源，可通过太阳能、风能、水势能、生物能等绿色能源制氢获得。因此，氢燃料电池推进技术在船舶上应用可实现能源高效、零排放和船舶舒适度提升，是绿色船舶的理想动力推进装置，也将成为实现零排放的终极方案。

  欧盟、德国、美国、挪威、日本等先进国家和地区在船用氢燃料电池推进技术领域处于领头羊，已实现船用氢燃料电池动力推进装置的示范及应用，进入推广应用阶段。

  2008年研制的100客“Alsterwasser”号氢燃料电池游船，其采用氢燃料电池PEMFC系统动力推进装置作为主推进动力，功率达到100kW，配备12个35MPa高压储氢罐，最高航速可达到14km/h。

  近日，世界上第一艘零排放、100%氢燃料电池驱动的商用电动渡轮已经下水，并准备在美国西海岸进行运行试验，由华盛顿州贝灵汉船厂建造。开发该船是为了展示零排放氢燃料电池海上技术的商业化途径。

  中船重工712研究所研制的140kW扬州燃料电池试验船，该船采用两套70千瓦PEMFC系统模块，总功率为140kW。目前处于试验阶段。

  目前我国船舶领域的应用现状还处于刚刚起步阶段，随着车用氢燃料电池技术及其配套设施投入不断加大，在车用领域，氢燃料电池系统的开发和应用已具备较好的技术基础与投资环境。2015年中国船级社发布了《船舶应用燃料电池系统指南》；2017年中国船级社又发布了《船舶应用替代燃料指南》；中国船级社武汉规范所正在研究的《船舶应用燃料电池发电装置指南》也即将在近期完成并正式对外发布；中国船级社武汉分社也于2021年初颁发了首张“氢燃料电池系统型式认可证书”。

  过去五年是锂电池新能源汽车的创业高峰，但是未来5年，氢燃料电池将迎来新的创业高潮。面对减少碳排放的压力，世界各国政府、港口当局和非政府组织正在收紧海洋船舶的排放标准，拟议的立法将要求海运业的碳排放量创造历史新低。全球各组织正在通过严格的立法减少温室气体排放。船舶工业面临压力，需要采取行动，而氢燃料电池发电系统也许是推进零排放的方案之一。