科普 | 氢燃料电池的发展历程

纵观历史，氢燃料电池发展历程已久，下文将按照时间顺序带您了解“氢燃料电池”的发展历程。

1800

Anthony Carlisle和William Nicholson

发现水电解现象

1800年，英国科学家Anthony Carlisle和William Nicholson发现通电能使水分解成氢气和氧气（水电解）。

1802

Humphrey Davy制作

燃料电池雏形

1802年，英国化学家Humphrey Davy制作了一个简易燃料电池(C/H2O, NH3/O2/C)，能产生微弱的电流。

1838

Schonbein提出燃料电池原理

1838年，德国化学家Christian Friedrich Schonbein最先对燃料电池的现象及原理展开研究，并于1839年发表相关研究成果。

1839

Grove发明氢燃料电池

被视为“燃料电池之父”

1839年，英国物理学家William Robert Grove基于Schonbein的理论，将两个铂电极的一端浸没于硫酸溶液中，另一端分别置于氢气和氧气中，检测到铂电极之间的电流流动以及液面上升（水电解的相反过程），Grove称这种电池为“气体电池”。Grove因此被称为“燃料电池之父”，1839年也被视为燃料电池诞生年。

1889

Mond和Langer创造

“燃料电池”一词

1889年，德国科学家Ludwing Mond和Charles Langer创造了燃料电池的名称，并试图制造出第一个可实用的燃料电池装置。

1893

Ostwald完善燃料电池理论

1893年，德国化学家Friedrich Wilhelm Ostwald完善了燃料电池的工作理论，指出燃料电池的关键组成要素：电极、电解质、氧化剂、还原剂、阳离子和阴离子。

1895

Jacques制造大功率电堆

1895-1896年，英国科学家William W. Jacques制作出一个由100个管状单电池组成的1.5kW的电堆，以及一个约30kW的电堆。电堆使用通入空气的圆柱形铁罐做电池阴极，碳棒为电池阳极，采用约450℃的熔融KOH作为游离电解质，获得了良好的电池性能（100 mA/ cm2, 1.0 V），这种电池被推荐用于海军的电动舰艇。William W. Jacques成为首个制作大功率电堆的科研工作者。

1921

Baur研究熔融碳酸盐燃料电池

1921年，德国科学家Baur制造了第一个熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC），他尝试直接使用碳取代氢气作为燃料，同时采用熔融碳酸盐作为电解质以保证电解质成分不变，但是低电导率等问题仍然存在。

1939

Bacon开发碱性燃料电池

1939年，英国工程师Thomas Francis Bacon使用氢气作为燃料，纯氧作为氧化剂，制作了一个以镍为电极材料、以热氢氧化钾溶液为电解质的燃料电池，这款电池最终获得了0.85V@0.4A/cm2和0.8 V@1 A/cm2的良好性能。

20世纪中期

Grubb和Niedrach开发

聚合物电解质燃料电池

1955年，美国科学家Thomas Grubb采用一种硫酸化的聚苯乙烯离子交换膜作为电解质，以此提升燃料电池性能，但是这种膜的化学稳定性和导电性都较差。

1958年，德国科学家Leonard Niedrach提出可在膜上沉积铂作为氢氧化反应和氧还原反应的催化剂。

60年代早期，聚合物电解质燃料电池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell， PEMFC）逐渐分为两类：低温质子交换膜燃料电池（工作温度不超过100°C）和高温质子交换膜燃料电池（工作温度150-200°C）。

Broers和Ketelaar开发

熔融盐燃料电池

1958年，荷兰科学家Broers和Ketelaar使用由碳酸锂、钠或钾的混合物组成的电解液浸渍在氧化镁烧结的多孔电极上，该燃料电池工作了6个月，工作温度达到650℃。

碱性燃料电池开始实际应用

1958年，英国科学家Bacon制造了一台碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）作为英国皇家海军潜艇的动力来源。

1959年，英国科学家Bacon发明了一个由40节单电池组成的功率5kW，效率60%的燃料电池堆。同年，德国科学家Harry Ihrig带领团队制造了一个由1008节燃料电池组成，电解质为KOH，使用以丙烷和压缩氢气为主要成分的混合气作为燃料，功率为15 kW的燃料电池堆用于拖拉机动力。

1962年，美国科学家Pratt & Whitney在 Bacon的研究基础上改进碱性燃料电池并用在了阿波罗飞船项目上。

固体氧化物燃料电池研究进程加快

1959年，通用电气公司加快了对固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）的研究。

1962年，德国科学家Weissbart和Ruka采用氧化锆浸渍过的导电陶瓷氧化物作为固体电解质，电池工作温度为1000°C。

Elmore和Tanner发明磷酸燃料电池

1961年，美国科学家Elmore和Tanner发明了磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC），电解质为35%的磷酸和65%的硅粉附着于聚四氟乙烯上，电池可直接与空气反应而不再需要提供纯氧，电池在90mA/cm2，0.25V下工作6个月没有出现明显的性能衰退。

20世纪中后期

聚合物电解质燃料电池

取得突破性进展

20世纪60年代美国杜邦（DuPont）公司为阿波罗计划所用的燃料电池开发全氟磺酸离子交换膜。

20世纪80年代初加拿大的Ballard公司将全氟磺酸离子交换膜用于聚合物电解质膜燃料电池，这种膜具有良好的热稳定性、化学稳定性和离子传导特性，这种膜的运用使聚合物电解质燃料电池的性能得到大幅提升。

20世纪后期

燃料电池开始应用于汽车

1966年通用汽车公司推出了全球第一款燃料电池汽车Electrovan，该车动力系统由32个串联薄电极燃料电池模块组成，持续输出功率为32千瓦，峰值功率为160千瓦。1993年Ballard公司展示了一辆零排放，最高时速为72km/h的质子交换膜燃料电池汽车。2000年之前，燃料电池汽车产业对于发展氢燃料电池汽车处于概念设计及原理性认证阶段，主要以概念车形式推出氢燃料电池汽车。

2007

本田推出第一款量产燃料电池车型

2007年，本田（Honda）宣布量产FCX Clarity，FCX Clarity成为第一款量产的燃料电池汽车。

2008

燃料电池客车成为北京奥运会

新能源示范车

福田汽车和清华大学共同研发的燃料电池客车在2008年作为“奥运节能与新能源示范车”用于接载来自全世界的运动员。

2014

燃料电池汽车商业化元年

2014年现代的Tucson FCV和丰田的Mirai这两款燃料电池车型实现量产并推向市场，2014年因此被认为是燃料电池汽车商业化元年。

2017

奔驰推出首款插电式

燃料电池技术量产车

2017年，奔驰推出世界首款插电式燃料电池技术量产车GLCF Cell EQ Power，续航里程达483 km。

2020

亿华通成为“氢能第一股”

京津冀地区开展氢能示范

2020年，清华大学支持培育的北京亿华通科技股份有限公司在上交所科创板上市，成为科创板“氢能第一股”。亿华通获得全球首个百台级燃料电池发动机订单，并与行业完成多个“首辆”燃料电池汽车开发，支撑京津冀地区率先在全球范围开展燃料电池汽车常态化示范运营。

2022

燃料电池在北京冬奥会上示范运行

五大燃料电池汽车示范城市群建设

2022年北京冬奥会示范运行超1000辆燃料电池汽车，全国燃料电池汽车保有量超10000辆。当前我国五大燃料电池汽车示范城市群建设加快推进，核心技术不断突破，氢能产业链逐步完善。一系列利好之下，国内燃料电池汽车交付、投运迎来密集期。不过值得注意的是，氢能产业尚处于起步阶段，还须从基础设施建设等多方面发力。