科技沿革：氫燃料電池發(fā)展歷程

下文將按照時(shí)間順序帶您回顧上榜科技——“氫燃料電池”的發(fā)展歷程。1800 Anthony Carlisle和William Nicholson發(fā)現(xiàn)水電解現(xiàn)象1800年，英國(guó)科學(xué)家Anthony Carlisle和William Nicholson發(fā)現(xiàn)通電能使水分解成氫氣和氧氣（水電解）。

1802Humphrey Davy制作燃料電池雛形1802年，英國(guó)化學(xué)家Humphrey Davy制作了一個(gè)簡(jiǎn)易燃料電池(C/H2O, NH3/O2/C)，能產(chǎn)生微弱的電流。

1838 Schonbein提出燃料電池原理1838年，德國(guó)化學(xué)家Christian Friedrich Schonbein最先對(duì)燃料電池的現(xiàn)象及原理展開研究，并于1839年發(fā)表相關(guān)研究成果。

1839Grove發(fā)明氫燃料電池，被視為“燃料電池之父”1839年，英國(guó)物理學(xué)家William Robert Grove基于Schonbein的理論，將兩個(gè)鉑電極的一端浸沒于硫酸溶液中，另一端分別置于氫氣和氧氣中，檢測(cè)到鉑電極之間的電流流動(dòng)以及液面上升（水電解的相反過(guò)程），Grove稱這種電池為“氣體電池”。Grove因此被稱為“燃料電池之父”，1839年也被視為燃料電池誕生年。

1889Mond和Langer創(chuàng)造“燃料電池”一詞1889年，德國(guó)科學(xué)家Ludwing Mond和Charles Langer創(chuàng)造了燃料電池的名稱，并試圖制造出第一個(gè)可實(shí)用的燃料電池裝置。

1893Ostwald完善燃料電池理論1893年，德國(guó)化學(xué)家Friedrich Wilhelm Ostwald完善了燃料電池的工作理論，指出燃料電池的關(guān)鍵組成要素：電極、電解質(zhì)、氧化劑、還原劑、陽(yáng)離子和陰離子。

1895Jacques制造大功率電堆1895-1896年，英國(guó)科學(xué)家William W. Jacques制作出一個(gè)由100個(gè)管狀單電池組成的1.5kW的電堆，以及一個(gè)約30kW的電堆。電堆使用通入空氣的圓柱形鐵罐做電池陰極，碳棒為電池陽(yáng)極，采用約450℃的熔融KOH作為游離電解質(zhì)，獲得了良好的電池性能（100 mA/ cm2, 1.0 V），這種電池被推薦用于海軍的電動(dòng)艦艇。William W. Jacques成為首個(gè)制作大功率電堆的科研工作者。

1921Baur研究熔融碳酸鹽燃料電池1921年，德國(guó)科學(xué)家Baur制造了第一個(gè)熔融碳酸鹽燃料電池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC），他嘗試直接使用碳取代氫氣作為燃料，同時(shí)采用熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)以保證電解質(zhì)成分不變，但是低電導(dǎo)率等問題仍然存在。

1939Bacon開發(fā)堿性燃料電池

20世紀(jì)中期Grubb和Niedrach開發(fā)聚合物電解質(zhì)燃料電池1955年，美國(guó)科學(xué)家Thomas Grubb采用一種硫酸化的聚苯乙烯離子交換膜作為電解質(zhì)，以此提升燃料電池性能，但是這種膜的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性都較差。1958年，德國(guó)科學(xué)家Leonard Niedrach提出可在膜上沉積鉑作為氫氧化反應(yīng)和氧還原反應(yīng)的催化劑。60年代早期，聚合物電解質(zhì)燃料電池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell， PEMFC）逐漸分為兩類：低溫質(zhì)子交換膜燃料電池（工作溫度不超過(guò)100°C）和高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（工作溫度150-200°C）。

Broers和Ketelaar開發(fā)熔融鹽燃料電池1958年，荷蘭科學(xué)家Broers和Ketelaar使用由碳酸鋰、鈉或鉀的混合物組成的電解液浸漬在氧化鎂燒結(jié)的多孔電極上，該燃料電池工作了6個(gè)月，工作溫度達(dá)到650℃。

堿性燃料電池開始實(shí)際應(yīng)用1958年，英國(guó)科學(xué)家Bacon制造了一臺(tái)堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）作為英國(guó)皇家海軍潛艇的動(dòng)力來(lái)源。1959年，英國(guó)科學(xué)家Bacon發(fā)明了一個(gè)由40節(jié)單電池組成的功率5kW，效率60%的燃料電池堆。同年，德國(guó)科學(xué)家Harry Ihrig帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)制造了一個(gè)由1008節(jié)燃料電池組成，電解質(zhì)為KOH，使用以丙烷和壓縮氫氣為主要成分的混合氣作為燃料，功率為15 kW的燃料電池堆用于拖拉機(jī)動(dòng)力。1962年，美國(guó)科學(xué)家Pratt & Whitney在 Bacon的研究基礎(chǔ)上改進(jìn)堿性燃料電池并用在了阿波羅飛船項(xiàng)目上。

固體氧化物燃料電池研究進(jìn)程加快  1959年，通用電氣公司加快了對(duì)固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）的研究。1962年，德國(guó)科學(xué)家Weissbart和Ruka采用氧化鋯浸漬過(guò)的導(dǎo)電陶瓷氧化物作為固體電解質(zhì)，電池工作溫度為1000°C。

Elmore和Tanner發(fā)明磷酸燃料電池

1961年，美國(guó)科學(xué)家Elmore和Tanner發(fā)明了磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC），電解質(zhì)為35%的磷酸和65%的硅粉附著于聚四氟乙烯上，電池可直接與空氣反應(yīng)而不再需要提供純氧，電池在90mA/cm2，0.25V下工作6個(gè)月沒有出現(xiàn)明顯的性能衰退。

20世紀(jì)中后期聚合物電解質(zhì)燃料電池取得突破性進(jìn)展20世紀(jì)60年代美國(guó)杜邦（DuPont）公司為阿波羅計(jì)劃所用的燃料電池開發(fā)全氟磺酸離子交換膜。20世紀(jì)80年代初加拿大的Ballard公司將全氟磺酸離子交換膜用于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池，這種膜具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)特性，這種膜的運(yùn)用使聚合物電解質(zhì)燃料電池的性能得到大幅提升。

20世紀(jì)后期 燃料電池開始應(yīng)用于汽車1966年通用汽車公司推出了全球第一款燃料電池汽車Electrovan，該車動(dòng)力系統(tǒng)由32個(gè)串聯(lián)薄電極燃料電池模塊組成，持續(xù)輸出功率為32千瓦，峰值功率為160千瓦。1993年Ballard公司展示了一輛零排放，最高時(shí)速為72km/h的質(zhì)子交換膜燃料電池汽車。2000年之前，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)于發(fā)展氫燃料電池汽車處于概念設(shè)計(jì)及原理性認(rèn)證階段，主要以概念車形式推出氫燃料電池汽車。

2007本田推出第一款量產(chǎn)燃料電池車型2007年，本田（Honda）宣布量產(chǎn)FCX Clarity，F(xiàn)CX Clarity成為第一款量產(chǎn)的燃料電池汽車。

2008燃料電池客車成為北京奧運(yùn)會(huì)新能源示范車福田汽車和清華大學(xué)共同研發(fā)的燃料電池客車在2008年作為“奧運(yùn)節(jié)能與新能源示范車”用于接載來(lái)自全世界的運(yùn)動(dòng)員。

2014 燃料電池汽車商業(yè)化元年2014年現(xiàn)代的Tucson FCV和豐田的Mirai這兩款燃料電池車型實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并推向市場(chǎng)，2014年因此被認(rèn)為是燃料電池汽車商業(yè)化元年。

2017奔馳推出首款插電式燃料電池技術(shù)量產(chǎn)車2017年，奔馳推出世界首款插電式燃料電池技術(shù)量產(chǎn)車GLCF Cell EQ Power，續(xù)航里程達(dá)483 km。

2020 億華通成為“氫能第一股”京津冀地區(qū)開展氫能示范2020年，清華大學(xué)支持培育的北京億華通科技股份有限公司在上交所科創(chuàng)板上市，成為科創(chuàng)板“氫能第一股”。億華通獲得全球首個(gè)百臺(tái)級(jí)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)訂單，并與行業(yè)完成多個(gè)“首輛”燃料電池汽車開發(fā)，支撐京津冀地區(qū)率先在全球范圍開展燃料電池汽車常態(tài)化示范運(yùn)營(yíng)。2022燃料電池在北京冬奧會(huì)上示范運(yùn)行  五大燃料電池汽車示范城市群建設(shè)2022年北京冬奧會(huì)示范運(yùn)行超1000輛燃料電池汽車，全國(guó)燃料電池汽車保有量超10000輛。當(dāng)前我國(guó)五大燃料電池汽車示范城市群建設(shè)加快推進(jìn)，核心技術(shù)不斷突破，氫能產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善。一系列利好之下，國(guó)內(nèi)燃料電池汽車交付、投運(yùn)迎來(lái)密集期。不過(guò)值得注意的是，氫能產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，還須從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多方面發(fā)力。