燃料电池技术进展及发达国家的开发动态

  现阶段，最主要也是最具前景的氢能利用方式就是燃料电池。燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力源，其主要应用途径是汽车用。过去10年西方汽车商在研究开发燃料电池上的投资高达100亿美元，其中80%用于开发车用燃料电池。预计未来5年西方在该领域的投入至少还将增加40亿美元。2002年美国政府对燃料电池研究的投入约为2.2亿美元，日本的研发预算也增加到2.2亿美元。美国Arthur D.Little公司估计，2007年燃料电池在运输方面的商业价值将达到90亿美元。美国、德国、日本在目前的燃料电池技术研发（氢能开发）领域处于领先地位。       燃料电池的类型主要有质子交换膜燃料电池（PEMFC，最有前途）；碱性燃料电池（AFC）；磷酸盐型燃料电池（PAFC）；熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）；固体氧化物燃料电池（SOFC）。

表   燃料电池的应用领域

			PEMFC	AFC	PAFC	MCFC	SOFC
固定 分布式 电源	电网侧	集中式	不可能	不可能	不可能	可能	可能
		分布式	不可能	不可能	不可能	可能	可能
		发电功率再生	不可能	不可能	可能	可能	可能
	用户侧发电	住宅	可能	研究中	不可能	研究中	可能
		商用	可能	研究中	可能	可能	可能
		轻工业	研究中	研究中	可能	可能	可能
		重工业	不可能	不可能	可能	可能	可能
交通	动力装置	轻型	可能	不可能	不可能	不可能	不可能
		重型	可能	不可能	研究中	研究中	研究中
	辅助动力	轻&重型	可能	不可能	不可能	不可能	可能
可携式	特级应用	娱乐，军事	可能	不可能	不可能	不可能	可能
	微型	电子，军事	可能	不可能	不可能	不可能	不可能

资料来源：DOE  上海科技情报研究所钟婷整理   I. 碱性燃料电池（AFC）       这种电池用35%~45%KOH为电解液，渗透于多孔而惰性的基质隔膜材料中，工作温度小于100℃。该种电池的优点是氧在碱液中的电化学反应速度比在酸性液中大，因此有较大的电流密度和输出功率。但氧化剂应为纯氧，电池中贵金属催化剂用量较大，而利用率不高。目前，此类燃料电池技术的发展已非常成熟，并已经在航天飞行及潜艇中成功应用。发展碱性燃料电池的核心技术是要避免二氧化碳对碱性电解液成分的破坏，不论是空气中百万分之几的二氧化碳成分还是烃类的重整气使用时所含有的二氧化碳，都要进行去除处理，这无疑增加了系统的总体造价。此外，电池进行电化学反应生成的水需及时排出，以维持水平衡。因此，简化排水系统和控制系统也是碱性燃料电池发展中需要解决的核心技术。   II. 酸型燃料电池（PAFC）       这种电池采用磷酸为电解质，工作温度200℃左右。其突出优点是贵金属催化剂用量比碱性氢氧化物燃料电池大大减少，还原剂的纯度要求有较大降低，一氧化碳含量可允许达5%。该类电池一般以有机碳氢化合物为燃料，正负电极用聚四氟乙烯制成的多孔电极，电极上涂Pt作催化剂，电解质为85%的H3PO4。在100~200℃范围内性能稳定，导电性强。磷酸电池较其他燃料电池制作成本低，已接近可供民用的程度。目前，国际上功率较大的实用燃料电池电力站均用这种燃料的电池。美国将磷酸型燃料电池列为国家级重点科研项目进行研究开发，向全世界出售200kW级的磷酸型燃料电池，日本制造出了世界上最大的（11MW）磷酸型燃料电池。到2002年初，美国已在全世界安装测试了200kW PAFC发电装置235套，累计发电470万小时。在美国和日本，有几套装置已达到连续发电1万小时的设计目标。欧洲现有5套200kW PAFC发电装置在运转。日本福日电器和三菱电器已经开发出500kW PAFC发电系统。我国魏子栋等人进行Pt3（Fe/Co）/C氧还原电催化剂的研究，并提出了Fe/Co对Pt的锚定效应。磷酸型燃料电池发电技术目前已得到高速发展，但是其启动时间较长以及余热利用价值低等发展障碍导致其发展速度减缓。

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