目前氢能源汽车哪个环节最难？氢能源汽车其原理和架构分析( 二 ) _生活知识

再来看看这个架构下的燃料电池（质子交换膜燃料电池）工作原理，燃料电池分为：质子交换膜燃料电池PEMFC、固体酸燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池。PEMFC 能够将氢和氧通过电极反应将化学能直接转化为电能。下面是 PEMFC 的工作原理图，从它的原理图可知 PEMFC在产生电能地时候没有像传统汽车那样产生污染。

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质子交换膜燃料电池的基本组成：阳极、催化剂、阴极、外电路。在阳极中，氢被送到膜电极组件的阳极侧，而且在催化剂作用下分解为质子和电子，对应阳极发生氧化反应，它的方程为：

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阴极地一侧，氧分子先与渗透的质子在催化剂的作用下还原反应形成水分子，电子由外部电路形成电流。反应为：

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那么在 PEMFC 中发生的总反应为：

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燃料电池系统从本质上是水电解的逆装置，氢气、氧气在 PEMFC 中由电化学反应产生水，而且释放出电能和热能。它的发电过程由燃料电池电堆、辅助系统（空压机系统、高压氢气阀系统、冷却系统、加湿系统）、控制系统一起完成，PEMFC 系统中为达到维持电堆内部的正常反应，各系统间相互协同，当整个系统间完美的配合，才能确保PEMFC安全高效的和长时间的运行。

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那么从原理和构架中可以看出，一个燃料电池汽车的完整运行，对产业链提出了很高的要求，不然会面对核心零件的挑战。
国内的氢能产业链，特别在氢燃料电池产业链并不完整这方面，从氢能量的上游氢的制取 / 储存 / 运输 / 加氢站这些方面，再到中游的燃料电池及其零部件的生产，包括下游的氢能应用的环节，如果产业链中的核心材料和零部件一直需要进口，那么车用燃料电池系统的成本非常高，其中就包含核心零件空压机和关键材料质子交换膜。

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具体展开一下在产业链中加氢站建设的挑战，比如其核心零件和成本方面
因为氢气的特性是易燃易爆，那么加氢站建设时，对投入的硬件设施的要求苛刻，那么这样会导致硬件成本的增加，这会摊销到运营的成本。一方面它的技术和要求引发的高成本，另一方面在建设加氢站时，它的核心零件的技术薄弱，比如传感器 / 减压器 / 瓶口阀 / 压缩机，依赖进口引发加氢站的投资费用大。
关于加氢站的运营成本，比如运营维护成本高 / 建设成本高 /成本回收期，这会跟加氢站紧密联系，按照业内专家反馈，普通的充电站成本为100 万上下，而氢气燃料站要上升到1000 万以上。
关于储氢技术的瓶颈，常温常压下的氢在呈气态，它的密度小，只有空气的1/14 。那么氢燃料安全和高效存储是氢燃料电池技术大规模商用化的挑战。储氢技术是利用氢燃料电池的关键技术，那么这也是挑战所在。比如高压储氢容器体积大，由泄漏和氢脆的安全隐患；液氢的储氢耗能大，液氢蒸发会引发储罐的安全隐患；可逆金属氢化物储氢重量大等。
关于稀缺的催化剂原料，一般贵金属电催化剂涵盖低温燃料电池常用的铂、钌、钯、银、金等贵金属。虽然世界铂矿产资源丰富，但是按照不完全统计，世界铂族元素矿产资源总储量为3.1万吨，铂金总储量为1.4万吨。国内已探明的铂族金属仅为310 吨，铂储量为119 吨，资源少。当下氢燃料汽车单车铂消耗量约20 克，如果2030年国内燃料电池车保有量200万辆，铂消耗量约为40吨，对国内铂资源冲击很大。

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