对新出现的环境和气候变化影响的认识不断提高，加速了清洁能源的全球商业化。自然地，为多个小型和低功率设备供电的需求增加了。然而，小规模的电力储存遇到了瓶颈，这鼓励了使用燃料电池从氢气发电的可能性。

质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 是一种很有前途的电化学电池，可将燃料的化学能转化为电能。PEMFC 用于多种应用，但其独特的属性(包括高能量密度、低污染排放和低工作温度)使其有利于小规模应用。特别是，小型 PEMFC(<10 kW)适用于便携式发电、无人机(UAV)、轻型车辆和住宅供电等应用。值得注意的是，小型 PEMFC 技术比功率的改进可以提高该电池的市场占有率。

为了解该领域的当前趋势，来自中国天津大学的 Kui Jiao 教授及其团队回顾了 PEMFC 应用的进展和挑战。他们的发现于 2023 年 4 月 18 日在《能源评论》第 2 卷中在线发布。在评论文章中，该团队讨论了 PEMFC 在交通、固定和便携式发电机领域应用的操作和特性。此外，他们还就小型高比功率 PEMFC 系统的未来战略提出了自己的观点。

在交通运输领域，小型 PEMFC 在无人机、水下航行器和轻型牵引车辆中的成功应用可以使其成为极好的替代电源。

该团队还补充说，更高的功率密度、更长的续航时间、轻度混合架构和 PEMFC 增程器更适合小型交通应用。

小型 PEMFC 也用于固定应用，例如为不间断电源和住宅热电联产系统供电。这些电力系统的先决条件包括可靠性、耐用性和可承受性。对此，研究团队得出结论，由于PEMFC效率高、污染排放少，可作为可再生备用电源使用。他们还解决了燃料灵活性和可靠性问题。

必须注意的是，尽管锂 (Li) 离子电池系统在便携式应用市场占据主导地位，但小型 PEMFC 还具有其他优势。便携式(室外)发电最适合小型 PEMFC，因为它们持续时间更长、能量密度高、离网发电和适应性强。

“虽然已经进行了几项开创性的研究来促进小型 PEMFC 的应用，但进一步的进步对于满足实际应用的要求至关重要，”焦教授补充道。小型 PEMFC 发展的未来挑战将主要与优化燃料电池材料和系统设计有关，以获得高比功率燃料电池。

通过优化结构材料设计以提高可靠性，轻量化组件在实现先进的高性能 PEMFC 技术方面发挥着至关重要的作用。PEMFC 的响应时间可以通过使用轻型混合电源来减少瞬时电涌。

此外，适当的混合电源能源管理策略有助于提高其效率和动力。焦教授进一步补充道，“储氢系统具有高储氢密度、快速的氢释放和充电速率、强的可逆性和更高的安全性对于提高小型 PEMFC 系统的整体设备级能量密度至关重要。 ”

因此，大容量的压缩气体储罐不利于空间和重量是重要参数的小型 PEMFC 应用。“相反，用于小型 PEMFC 应用的长期储氢系统可能改为基于复杂氢化物和具有高体积密度的金属存储系统等材料，”焦教授总结道。

标 签：