氢燃料电池多物理过程建模与仿真(碳中和交通出版工程·氢能燃料电池动力系统系列)
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1.2.1 交通运输领域

交通运输领域是碳排放的主要来源之一,电力化是未来实现交通运输领域低碳排放的重要趋势。在过去几年间,除制定了越来越严苛的车辆排放标准外,部分国家已开始着手推出燃油车禁售时间表。以氢为燃料的质子交换膜燃料电池汽车在续驶里程和加氢时间上完全可以和现有燃油车相媲美。2020年10月,中国汽车工程学会发布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,明确将燃料电池汽车作为我国新能源汽车战略的重要组成部分,并提出“到2025年,新能源汽车销量占总销量20%左右,氢燃料电池汽车保有量达到10万辆左右;到2030年,新能源汽车销量占总销量的40%左右;到2035年,新能源汽车成为主流,占总销量50%以上,氢燃料电池汽车保有量达到100万辆左右”。

日本丰田、日本本田、韩国现代、德国梅赛德斯-奔驰、德国宝马、中国上汽、中国一汽等世界知名汽车企业均推出了自己的氢燃料电池车型。日本丰田在2014年发布的第一代氢燃料电池汽车Mirai的核心电堆功率密度达到了3.1kW/L(含端板),可实现-30℃冷启动[3],2020年底推出的第二代Mirai的核心电堆功率密度提升到了4.4kW/L(含端板)[4]。我国在2022年也推出了首款量产燃料电池轿车(深蓝SL03氢电版),上汽、一汽等国内知名整车企业也都推出了自己的氢燃料电池车型,搭载捷氢启源P390燃料电池系统的氢燃料电池公交车已于2022年下半年在上海嘉定、金山、奉贤等多条线路实现商业化运营。

质子交换膜燃料电池在船舶领域的应用也获得了广泛关注。欧盟、美国、挪威等国家和地区目前已实施船用燃料电池示范项目。2021年1月,武汉众宇动力系统科技有限公司自主设计开发的TWZFCSZ系列船用燃料电池系统拿到中国船级社的权威认证—中国第1张船用燃料电池产品型式认可证书。质子交换膜燃料电池在飞行器领域的应用目前主要集中在无人机方面。使用蓄电池往往仅可使无人飞行器持续飞行约30min,而使用氢燃料电池可以将其续航时间增加到2h以上,并且可以在15min以内完成氢气加注过程。