燃料电池是否可以取代涡桨/轴发动机，为飞机提供动力？未来能否实现？

燃料电池作为一种新型能源技术，具有高效率、环保等优点，但其在航空领域的应用还面临诸多挑战。首先，制氢技术尚不成熟，成本较高，且以工业副产品为主。其次，储氢技术需要突破，包括降低成本、提高储氢率和体积密度等。此外，燃料电池的耐久性和成本也是关键问题，目前耐久性尚未达到目标，而成本也相对较高。除了以上问题，燃料电池在航空领域的应用还面临集成难题，如动力系统集成、电池系统集成等。同时，与传统的内燃机相比，燃料电池和纯电动技术在能量密度等方面还存在差距，可能需要经历混合动力的过渡阶段。综上所述，燃料电池取代涡桨/轴发动机为飞机提供动力，虽然具有一定的潜力，但目前还面临诸多技术难题和挑战。未来谁能成为航空领域的主流技术，还需看纯电和燃料电池谁的成本降低更快，以及技术进步和市场选择。燃料电池在航空领域的应用前景如何？目前还面临哪些技术难题和挑战？本文从制氢、储氢、耐久性、成本等方面进行了分析，并探讨了燃料电池与传统内燃机、纯电动技术的比较，以及未来技术路线的可能演化。虽然燃料电池具有高效率、环保等优点，但目前还难以完全取代涡桨/轴发动机。未来谁能成为航空领域的主流技术，还需看技术进步和市场选择。

燃料电池最大的优势是不受卡诺循环限制，反应效率高；问题，现在没普及它肯定哪儿有问题。我觉得这个应该属于技术路线问题，也可能是产品问题，但本质还是商业问题。

燃料电池能不能取代现在的技术，主要有这么几个问题需要解决：

1，制氢

目前三个方向：工业副产品(焦炉煤气，工业副产氢)，气化(化石能源气化，可再生能源气化)，发电→电解水(化石能源发电，可再生能源发电)。

未来大的趋势是从以副产氢为主转向以可再生能源分布式制氢为主，现在还是以工业副产品为主的阶段。

2，储氢

储氢的核心是成本的降低。

我这里有2015年的统计，系统整体成本在每千克6000元以上、质量储氢率3.9%、体积储氢密度20g/L，预计2020年能达到3000元、5.0%、35g/L左右，2025年到2000元以内、5.5%、40g/L左右。

还有两类比较重要的技术需要突破，一个是储氢瓶的制造技术，现在是35MPa，我们理想的是2025年到70MPa；另一个是瓶阀技术，现在在解决高压气瓶阀技术，之后还需要突破一体式瓶阀技术和70MPa多功能集成瓶阀技术。

3，耐久性

燃料电池耐久性目标值为5000h，目前的平均值在3000h左右，这方面也还有一定差距。

4，成本

这里主要指电池系统本身的成本，目前我们的燃料电池成本在$53/kW左右，已经降低到了10年前水平的一半。美国2020年目标为$40/kW，未来我们的长期目标为$30/kW。

从技术上看，现在燃料电池系统成本较高的主要原因是催化层材料的成本高。

具体可以看一下，这是整车成本构成，显然电堆是最贵的。

如图，电堆成本构成里燃料电池是最贵的。

而燃料电池里催化剂是最贵的。

现在用的催化剂就是Pt系的贵金属，这个太贵了。

当然之后可能会有人针对催化剂载体形态进行优化，或者研发多元催化剂，但现在我们还不知道能到什么程度。另外大批量生产也能进一步降低成本。

5，其他

还有很多重要的技术障碍。比如尤其是集成问题，动力系统集成、电池系统集成、电堆集成，现在都还在研究过程中，这几个问题直接影响性能耐久等指标。

燃料电池行还是不行，基本取决于以上五点，到一定程度了就行，不到就不行。

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另外回到问题本身，我感觉燃料电池和压气机-燃烧室-涡轮结构直接比较，就像把“燃料电池”和“内燃机”放在一起比较：有一个问题在里面，不管将来是纯电动路线获胜，还是燃料电池路线获胜，内燃机肯定是不会直接和它们交接的，中间需要经历混合动力路线的过程。

(我这里参考汽车)

所以这个问题是否应该分成四个：对于飞行器来说，燃料电池和纯电动、纯电动和混动、燃料电池和混动、混动和热机分别有何优缺点，技术路线会如何演化？

我参与过一个涡轮电推进涵道风扇飞行汽车的科研项目，主要就是针对纯电。最后我们研究发现纯电动飞行器，载人也好无人也好，最大的问题之一是能量密度不够。现在的电池能量密度比燃油少十几倍，因此如果不是固定翼飞行器，纯电动推进的飞行时间很难突破一个上限，感觉纯电落地也需要很久。

那么未来谁能取代现在的航空发动机成为主流，我的结论是，纯电和燃料电池谁成本降的更快谁就能。

文中数据来源：清华大学中国车用能源研究中心、IEA

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