质子交换膜燃料电池作为一种体积小、重量轻、能量密度高、安全可靠、成本低的新型能源系统，在交通运输、固定电站、冷热电联供，乃至军事设备的电力供应等领域内具有广阔的应用前景。华中科技大学燃料电池技术中心主要从事燃料电池工程化开发及应用方面的研究，以车用燃料电池与潜艇燃料电池为研究对象，开发了满足多种应用场景的不同功率等级的质子交换膜发电系统。
技术特点：
在燃料电池的优化设计、水热管理以及工程化应用方面取得了一系列突出研究成果，提出了基础强化传质理论的燃料电池设计新思路；发现了燃料电池电堆内部的温度分布特性；开辟了基于重力辅助排水机制的潜航器用燃料电池水管理技术的新方法。主要技术包括以下六个方面：
（1）电化学反应过程强化机制：利用强化传质理论提出了效能评价系数EEC 和有效传质系数来指导电池的设计，将强化传质与电化学反应有机结合起来，所设计的阴极开放式空冷型燃料电池质量功率密度大于500W/kg。
（2）燃料电池冷热电联供系统：构建了以燃料电池为核心的冷-热-电联供系统一体化模型，揭示了系统间的参数影响规律，探析了燃料电池多联供系统多参数匹配机理，优化了燃料电池多联供系统的集成设计实现了低品位余热的利用和全直流“源-网-荷”的高效稳定运行，保障了系统全局冷-热-电能的高效产出、弹性分配和稳定消纳，与未优化系统相比，在系统年成本牺牲10%的前提下，系统能量效率、火用效率、年温室气体减排量、发电量、冷却功率、加热功率和除湿率分别提高了5.5%、0.77%、21.27%、12.87%、5.37%、45.73%和1.53%。
（3）氢氧燃料电池水热管理：对氢氧质子交换膜燃料电池的温度场分布及热平衡机制、高温高压运行特性、尾气冷凝机制、重力辅助排水机制，通过系统水管理设计和引射器设计优化了系统结构、脉冲参数，提升了氢气利用率和除水效果，提高了燃料电池的输出稳定性，实现氢气利用率提升至100%。
（4）风冷燃料电池及其冷启动：开发了高性能空冷金属双极板燃料电池电堆及备用电源系统，实现了-40℃超低温环境的成功启动，满足不同的应用领域需求。
（5）掌握了燃料电池电堆和关键材料、动力系统与整车集成和氢能基础设施等核心技术，基本建立了具有自主知识产权的燃料电池观光车及城市客车动力系统集成技术，系统效率可达50%以上。
（6）燃料电池催化剂衰减及稳定化运行策略。探究长时间闭式运行条件下膜电极衰减特性，并提出稳定化高耐久性运行策略，实现耐久性大于1000h。
技术成果：
相关技术实现全闭口氢氧燃料电池氢气利用率提升至100%，氢气利用率100%；阴极开放式空冷型燃料电池质量功率密度≥500W/kg，系统效率≥50%，耐久性≥1000h，满足国防/社会技术需求，研究成果入选国家“十三五”科技创新成就展，并在北京展览馆展出。相关成果发表SCI论文100余篇，申请发明专利30余项，其中授权发明专利7项，授权软件著作权1项。
（联系人：涂正凯，tzklq@hust.edu.cn）
