许 壮， 何广利， 翟俊香， 邓甜音

（北京低碳清洁能源研究院， 北京 102221）

0 引言

氢能的规模化利用对于促进可再生能源消纳和交通领域减排具有重要意义[1]～[3]。 当前，国内外均以高压氢作为氢能的主要利用形式， 从制氢厂生产的氢气压缩至所需的压力等级， 经储运过程输送至35 MPa/70 MPa 加氢站作为气源， 向燃料电池汽车提供氢能[4]。 机械往复式压缩机是目前常用的氢气压缩设备， 但由于受到热机循环的限制，氢气在压缩过程中温度升高，导致压缩效率低于理想的等温压缩过程。 在合理的压缩比区间内（一般为2～5）， 机械往复式压缩机的单级等温效率一般低于45%，气缸冷却所需的额外能耗约占压缩能耗的1/3。 因此，机械往复式压缩机的综合压缩效率约为30%，这导致氢能利用过程的能耗成本过高，影响了氢能产业链的经济性[5]，[6]。

氢气电化学压缩机利用氧化还原反应实现增压，低压氢气在阳极发生氧化反应生成质子，经隔膜传递至阴极后再还原为氢气， 在外加电压驱动下，阴极氢气产生背压。氢气电化学压缩过程理论上能够在接近等温的条件下进行， 因而有望实现更高效的氢气压缩。 与此同时， 通过调节输入电压， 氢气电化学压缩机可以在更大范围的压缩比区间高效工作， 压缩过程也完全在静态条件下进行，是潜在的低成本、低功耗氢气压缩方式，有望应用于35 MPa/70 MPa 加氢站， 提高氢能产业链的经济性[7]。

氢气电化学压缩过程存在活化极化、 欧姆极化、扩散极化以及阴阳极内渗漏等问题，这些问题导致氢气电化学压缩机的实际压缩效率与理想的等温压缩效率仍然存在一定差距[8]，[9]。……