燃料电池的空间应用技术发展

胡 晶，李海滨，顾海涛

（1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2.上海空间电源研究所 空间电源技术国家重点实验室，上海 200245）

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目前，环境和能源问题正迫使航天器不断减少排放及降低能耗。然而，针对发动机燃烧过程的改进难以从根本上解决以上问题。作为一种清洁又高效的推进技术，电力推进取代气压及液压推动能够提升系统的灵活性、操作性及效率。但随着深空探测任务难度增大，航天器对电源系统的要求越来越苛刻［1］。航天发射成本很高，而传统发电机的体积及质量较大，难以满足航天器的高能量及高功率需求［2］。另一方面，燃料电池拥有高比能量，能量密度达到300～1 000 Wh/kg，可降低航天器的质量。同时其不需经过卡诺循环，直接将化学能转化为电能，拥有更高的效率。2012 年8 月，美国能源部部长曾在在Nature上撰文指出，燃料电池将是航天备用电源领域颇具潜力的应用方向［3］。

燃料电池的反应过程可看作电解水的逆过程，氢气和氧气分别通向阴极及阳极，在催化剂的作用下发生电化学反应，电子实现由阳极向阴极的迁移，产生电流，同时生成水，并释放一定热量。

目前，航天领域应用较多的燃料电池有碱性燃料电池（AFC）以及质子交换膜燃料电池（PEMFC），其中，AFC 主要作为航天飞机的主电源，而PEMFC既可作为主电源，也可作为可再生燃料电池（RFC）的组成部分［4］。PEMFC 可在低温快速启动，且电池结构紧密，因不使用腐蚀性液态电解质，电池可在任何方位、任何角度运行［5］，适宜于航天领域应用。……