虽然燃料电池技术通常被视为现代技术，但它的历史可以追溯到 19 世纪初科学家汉弗莱-戴维爵士和威廉-格罗夫爵士制造的第一批原型机。20 世纪 60 年代，人们开发出实用的氢燃料电池技术，为焊接设备、农用拖拉机甚至太空任务提供动力。进一步发展的一个重要障碍是设计出耐用的界面技术，以分离电池中的气体和液体电解质。这种界面需要具有气体渗透性、导电性和耐电解质腐蚀和发热性。如今，使用质子交换膜（PEM）的结构已在很大程度上解决了这些问题，使叠层燃料电池成为交通运输 和住宅能源等多个领域清洁、高效电力的可行选择。
图 1：电解池与燃料电池示意图
燃料电池作为化石燃料的替代品，有助于减少温室气体排放，在交通运输领域的吸引力与日俱增。目前，宝马、丰田、本田和现代等许多主要汽车制造商都在生产以氢为动力的燃料电池电动汽车（FCEV）。与电池电动汽车（BEV）相比，燃料电池电动汽车具有一定的优势，特别是在长途旅行中，因为燃料电池电动汽车可以快速补充燃料，而且续航能力更强。
高压加氢站的操作与传统燃油泵类似，而电动汽车通常需要长时间充电或使用更大、更重的电池。这使得燃料电池成为长途卡车、公共汽车和其他重型运输应用的理想选择，在这些应用中，快速加氢、重量更轻和续航里程更长是关键因素。因此，FCEV 越来越多地侧重于卡车和铁路应用，而清洁燃料电池驱动的公共汽车和有轨电车已经出现在许多城市地区。此外，小规模的燃料电池装置可以很容易地改装到冷藏集装箱和拖车上，从而无需持续运行的柴油发动机来保持易腐货物的低温。
氢燃料电池还被应用于固定电力系统，为建筑物、工业场所甚至整个社区提供电力。燃料电池本身具有可扩展性：增加电池数量可提高电压，扩大电池表面积可增加电流，多个电池组并联可提高功率。不过，由于单个电池产生的电压相对较低（0.5-0.8V），燃料电池通常堆叠在一起，以提供 200V-300V 的有用输出电压和大电流（数百安培），从而简化结构（图 2）。
图 2：燃料电池堆结构
便携式电源应用是燃料电池的另一个前景广阔的用途，尤其是在军事、医疗和消费电子领域。与传统电池相比，燃料电池的工作时间更长，这在偏远、离网或紧急情况下是一个优势。例如，美国军方正在探索用小型燃料电池为野战设备供电，以减少士兵对沉重电池组的依赖。
尽管燃料电池能源最近取得了一些进展，但它仍然面临着固有的技术挑战，这些挑战阻碍了燃料电池的广泛应用。要使氢燃料电池在我们的能源转型中发挥重要作用，解决这些挑战至关重要。
图 1：电解池与燃料电池示意图
燃料电池作为化石燃料的替代品，有助于减少温室气体排放，在交通运输领域的吸引力与日俱增。目前，宝马、丰田、本田和现代等许多主要汽车制造商都在生产以氢为动力的燃料电池电动汽车（FCEV）。与电池电动汽车（BEV）相比，燃料电池电动汽车具有一定的优势，特别是在长途旅行中，因为燃料电池电动汽车可以快速补充燃料，而且续航能力更强。
高压加氢站的操作与传统燃油泵类似，而电动汽车通常需要长时间充电或使用更大、更重的电池。这使得燃料电池成为长途卡车、公共汽车和其他重型运输应用的理想选择，在这些应用中，快速加氢、重量更轻和续航里程更长是关键因素。因此，FCEV 越来越多地侧重于卡车和铁路应用，而清洁燃料电池驱动的公共汽车和有轨电车已经出现在许多城市地区。此外，小规模的燃料电池装置可以很容易地改装到冷藏集装箱和拖车上，从而无需持续运行的柴油发动机来保持易腐货物的低温。
氢燃料电池还被应用于固定电力系统，为建筑物、工业场所甚至整个社区提供电力。燃料电池本身具有可扩展性：增加电池数量可提高电压，扩大电池表面积可增加电流，多个电池组并联可提高功率。不过，由于单个电池产生的电压相对较低（0.5-0.8V），燃料电池通常堆叠在一起，以提供 200V-300V 的有用输出电压和大电流（数百安培），从而简化结构（图 2）。
图 2：燃料电池堆结构
便携式电源应用是燃料电池的另一个前景广阔的用途，尤其是在军事、医疗和消费电子领域。与传统电池相比，燃料电池的工作时间更长，这在偏远、离网或紧急情况下是一个优势。例如，美国军方正在探索用小型燃料电池为野战设备供电，以减少士兵对沉重电池组的依赖。
尽管燃料电池能源最近取得了一些进展，但它仍然面临着固有的技术挑战，这些挑战阻碍了燃料电池的广泛应用。要使氢燃料电池在我们的能源转型中发挥重要作用，解决这些挑战至关重要。
