氢气供应网络（从源头到燃料电池系统）

• 高压氢气瓶组及管道网络

  • 在一些固定场所（如加氢站）或移动设备（如燃料电池汽车）的氢气供应体系中，首先是高压氢气瓶组。对于加氢站，多个高压氢气瓶（一般压力可达 35 - 70MPa）通过管道连接在一起，这些管道组成一个瓶组网络。它们的作用是储存大量的高压氢气，作为氢气的主要来源。在燃料电池汽车上，一般有几个高压氢气瓶集成在车身底盘等位置，通过专门设计的管道连接到燃料电池系统的进气口。

  • 管道的材质通常采用高强度的不锈钢或复合材料，以承受高压氢气的压力。并且管道的连接部位都有严格的密封设计，采用特殊的密封材料和连接方式（如卡套式连接、焊接等），防止氢气泄漏。

• 氢气减压装置及管道分支

  • 从高压氢气瓶组出来的氢气，由于压力过高（一般燃料电池的工作压力相对较低，在 0.1 - 0.3MPa 左右），需要经过减压装置。减压装置能够将高压氢气的压力降低到适合燃料电池工作的压力范围。这个过程通过精密的压力调节阀来实现，它可以根据燃料电池系统的需求动态地调节氢气的压力。

  • 经过减压后的氢气通过管道分支，将氢气分配到各个燃料电池堆或燃料电池模块中。这些管道分支同样需要保证良好的密封性和气体流动性，一般会采用较小直径的管道，管道内部经过特殊的表面处理，以减少氢气在管道内的流动阻力。

燃料电池内部氢气出气网络（在燃料电池堆内）

• 双极板氢气通道

  • 在燃料电池堆中，双极板是一个关键的部件。双极板上有精心设计的氢气通道，这些通道一般是通过精密的模具冲压或蚀刻工艺制作而成。氢气从进气口进入双极板的氢气通道，通道的形状和尺寸是根据燃料电池的性能要求和气体流动特性来设计的。例如，通道可能是蛇形或平行的形状，其目的是让氢气能够均匀地分布在电极表面。

  • 双极板的材质通常是金属（如不锈钢、钛合金）或石墨等，这些材料不仅要有良好的导电性，还要能够耐受燃料电池内部的酸性或碱性环境。氢气在双极板的氢气通道中流动，然后通过双极板上的微小气孔（一般直径在几十到几百微米）扩散到电极表面。

• 气体扩散层与催化层的氢气路径

  • 从双极板氢气通道扩散到电极表面的氢气，首先进入气体扩散层。气体扩散层是一种多孔的材料，如碳纤维纸或碳布，它的作用是进一步均匀地分散氢气，并将氢气输送到催化层。气体扩散层的孔隙结构能够让氢气快速地通过，同时还可以起到排水（在质子交换膜燃料电池中，反应会生成水）的作用。

  • 氢气通过气体扩散层后到达催化层，催化层是发生电化学反应的关键区域。在催化层中，氢气在催化剂（通常是铂等贵金属）的作用下发生氧化反应，释放出电子和质子。质子通过质子交换膜到达电池的另一侧（阴极）参与氧气的还原反应，而电子则通过外电路形成电流，这是燃料电池产生电能的基本原理。氢气在催化层中的扩散和反应过程是非常复杂的微观过程，涉及到氢气分子在催化剂表面的吸附、解离等多个步骤。

尾气排出网络（从燃料电池系统排出）

• 尾气管道及处理系统

  • 经过燃料电池反应后，未完全反应的氢气以及反应生成的水蒸气等组成尾气。这些尾气通过专门设计的尾气管道排出燃料电池系统。尾气管道一般采用耐腐蚀的材料，如塑料或不锈钢，以防止被尾气中的水蒸气等成分腐蚀。

  • 在一些燃料电池系统中，尾气还需要经过处理系统。例如，对于未完全反应的氢气，可以通过氢气循环装置将其重新送回燃料电池的进气口进行再利用，这样可以提高氢气的利用率。对于水蒸气，在一些需要干燥氢气的应用场景中，可以通过除湿装置将水蒸气去除，使尾气中的氢气能够更好地回收利用。