燃料电池发展现状与应用前景
碱性燃料电池技术发展现状及未来趋势分析
碱性燃料电池技术发展现状及未来趋势分析引言：碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cells，简称AFC）是一种利用氢气和氧气反应而产生电能的能源转换装置。
与其他类型的燃料电池相比，碱性燃料电池具有高效率、高能量密度和低成本等优点，因此被视为推动清洁能源技术发展的重要途径。
本文将对碱性燃料电池技术的发展现状进行分析，并探讨其未来的发展趋势。
一、碱性燃料电池技术的发展现状1.技术原理：碱性燃料电池的工作原理基于氢气和氧气通过阴极和阳极之间的氧化还原反应产生电能。
在碱性燃料电池中，水溶液中的饱和的碱金属氢氧化物被用作电解质，氢气在阴极上氧化成水，而氧气在阳极上还原成水。
碱性燃料电池采用可再生的金属氢氧化物溶液，可以实现高效的反应，并通过排除排放无害的水蒸汽。
2.实际应用：碱性燃料电池的实际应用领域众多，包括航空航天、交通运输、储能系统和移动电源等。
特别是在航空航天领域，碱性燃料电池得到了广泛应用，比如宇航员的生活保障和航天飞机的动力系统等。
3.技术进展：碱性燃料电池技术在过去几十年取得了显著的进展。
随着科学技术的不断发展和日益完善的研究方法，碱性燃料电池的效率得到了显著提高。
创新的材料、催化剂和设计思路推动了碱性燃料电池的发展，实现了更高的效能和更低的成本。
4.存在的挑战：然而，碱性燃料电池仍然面临着一些挑战。
首先，氢气的存储和传输成为制约其应用的一个问题，尚未找到高效而简便的解决方案。
其次，碱性燃料电池的运行温度较高，需要较长的启动时间。
此外，金属氢氧化物溶液的浓度限制了电池的功率密度和能量密度。
二、碱性燃料电池技术的未来趋势1.提高效率：未来碱性燃料电池技术的发展将主要集中在提高电池的能量转化效率。
科学家们正在研究新材料和催化剂，以提高反应速率和降低电池内部的能量损失。
此外，通过优化电池的结构和设计，减少电池内部阻抗，也是提高效率的重要途径。
2.降低成本：目前碱性燃料电池的成本仍然较高，限制了其商业化应用的推进。
氢燃料电池的发展现状与应用前景展望
氢燃料电池的发展现状与应用前景展望随着对环境保护意识的不断增强和能源危机的日益严峻，氢燃料电池作为一种清洁能源技术备受关注。
本文将介绍氢燃料电池的发展现状，并展望其在未来的应用前景。
一、氢燃料电池的发展现状氢燃料电池是一种利用氢气和氧气反应产生电能的设备。
其工作原理是通过将氢气经过电解质膜，在阳极释放出电子，经过外电路传输电能，再与通过氧气还原成水，从而形成闭合循环的反应过程。
目前，氢燃料电池的发展已经取得了显著进展。
首先，燃料电池的效率得到了大幅提高。
传统燃烧方式所产生的能量极低，而氢燃料电池的效率可以达到50%以上，远高于燃烧方式。
其次，氢燃料电池的成本逐渐下降。
随着技术进步和生产规模的扩大，氢燃料电池相关元件的成本逐渐降低，使其更具竞争力。
再者，氢燃料电池的可靠性和稳定性得到了提升。
通过改进电解质和材料的选择，燃料电池的使用寿命和稳定性得到了显著提升，使其成为一种可靠的能源供应选择。
二、氢燃料电池的应用前景展望1. 交通运输领域的应用在交通领域，氢燃料电池的应用前景广阔。
燃料电池汽车具有零排放、噪音低和续航里程长等优点，可以有效减少尾气排放和城市噪音污染。
目前，一些汽车制造商已经推出了氢燃料电池汽车，并在一些国家和地区进行试点推广。
未来，随着氢气的生产和储存技术的进一步发展，氢燃料电池汽车有望成为汽车行业的重要趋势。
2. 工业领域的应用氢燃料电池还可以广泛应用于工业领域。
例如：氢燃料电池可以替代传统的发电机组，提供可靠的电力供应。
同时，氢燃料电池还可以用于储能系统，存储峰谷电力以及应对突发电力需求。
在无线电信领域，氢燃料电池的高能量密度和长时间使用的特点也使其成为重要的电源选择。
3. 家庭和建筑领域的应用氢燃料电池还可以用于家庭和建筑领域。
家庭燃料电池系统可以将氢气转化为电能，为家庭提供稳定的电力供应，同时还可以利用产生的热能进行空调供暖等。
氢燃料电池系统在建筑领域的应用也会逐渐增加，为建筑物提供可靠的电力和热能，实现能源的高效利用。
燃料电池发展现状及前景
燃料电池发展现状及前景燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。
这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。
1 燃料电池的特点（1）能量转化效率高。
效率高达50%一60%，通过对余热的二次利用，总效率可高达80%一85%。
（2）无污染，可实现零排放。
工作过程的唯一产物是水。
（3）效率随输出变化的特性好。
部分功率下运行效率可达60%，短时过载能力可达到200%的额定功率。
（4）运行噪声低，可靠性高。
无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。
（5）构造简单，便于维护保养。
模块化结构，组装和维护方便；没有运动部件，磨损之类故障少。
（6）燃料（氢气）来源广泛。
制备方法多样，可通过石油、甲醇等重整制氢，也可通过电解水、生物制氢等方法获取氢气。
（7）燃料补充方便。
可以采用甲醇等液体为燃料，利用现有的加油站系统，采用与汽车加油大体相同的燃料补充方式短时间内完成燃料的补充。
（8）环境适应性强。
它的功率密度高、过载能力大、可不依赖空气，因此可两栖使用，适应多种环境及气候条件。
2 燃料电池发展现状在日本，日本经济产业省前几年就对燃料电池汽车开发与推广制定了时间表，其战略目标是：到2010年，日本使用的燃料电池汽车达到5万辆；2020年达到500万辆；到2030年，要全面普及燃料电池汽车。
近期，日本又计划在5年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技。
在美国，燃料电池电动车曾被美国前总统布什作为“氢经济”论的“法宝”大肆宣传，但2006年2月他已改变了腔调，承认燃料电池电动车“不是近期的解决方法，也不是中期的解决方法，而确实是远期的方法”。
燃料电池技术的发展现状与前景
燃料电池技术的发展现状与前景燃料电池是一种能够将氢气、甲醇等可再生燃料转化成电能的技术。
与传统的化石燃料相比，燃料电池具有能量利用率高、环境友好等优势，被认为是未来能源的重要发展方向之一。
本文将探讨燃料电池技术的发展现状与前景。
一、燃料电池技术的发展历程燃料电池作为一种新型能源技术，其研究始于19世纪末。
20世纪60年代，美国NASA将燃料电池投入太空航行，这是燃料电池应用的一次重要尝试。
之后，燃料电池得到了广泛的关注和研究，各国纷纷投入大量的资金和人力进行研发，燃料电池也得到了不断的升级和改进。
二、燃料电池技术的现状目前，燃料电池技术已经进入到了实用化阶段。
燃料电池的类型有很多，最为常见的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。
其中，PEMFC是轻质、高效、响应速度快的燃料电池类型，适用于汽车、船舶和便携式电子设备等领域。
SOFC则具有长寿命、高效率的特点，适用于能源电力系统和基础设施等领域。
此外，燃料电池在微型化、高温高压等方面也有了很大的发展。
三、燃料电池技术的前景燃料电池技术的前景非常广阔。
首先，燃料电池作为一种新型能源技术，具有能源利用效率高、减少环境污染等优势，将会成为未来能源的重要组成部分。
其次，燃料电池的应用领域非常广泛，包括汽车、船舶、飞机等交通工具，以及电力系统和基础设施等方面，将会为人类社会的发展做出重要贡献。
再次，随着燃料电池技术的不断发展和提高，其成本也将随之降低，逐渐进入到商业化阶段，成为一项可持续发展的能源技术。
总之，燃料电池技术的发展历程经历了漫长的研究过程，而现在已经进入到实用阶段。
未来，燃料电池技术将会成为重要的能源组成部分，成为推动人类社会持续发展的重要力量。
同时，燃料电池技术将会在成本和性能等方面得到更多的提高和改进，成为一项可持续发展的能源技术。
燃料电池技术的发展现状与前景
燃料电池技术的发展现状与前景燃料电池技术作为一种新型的清洁能源技术，近年来受到了越来越多的关注和研究。
它将化学能直接转换为电能，不产生有害污染物，且具有高效率、无噪音、运行平稳等特点，具有极高的应用前景。
在未来的能源产业中，燃料电池技术必将成为一种不可或缺的能源形式。
本文将分析燃料电池技术的发展现状和未来的应用前景。
一、燃料电池技术的发展现状燃料电池技术还处于早期阶段，但已有了一定的发展和应用。
燃料电池可分为固体氧化物燃料电池（SOFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、碱性燃料电池（AFC）、聚合物电解质燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）等几种类型。
目前，PEMFC已经成为最为广泛应用的一种。
在国内，燃料电池技术的发展也已经取得了一定的进展。
在2019年，中国发表了燃料电池技术路线图，提出了“十三五”和“十四五”时期燃料电池技术发展的目标和计划。
同时，中国政府也出台了一系列鼓励和支持燃料电池领域的政策，如加大资金投入、制定鼓励政策等。
二、燃料电池技术的应用前景燃料电池技术在很多领域都具有广泛的应用前景。
1. 交通运输领域燃料电池技术可以广泛应用于汽车、卡车、公交车和船舶等交通运输工具中。
与传统的内燃机相比，燃料电池车辆具有更高的能效、更低的排放、更长的续航能力和更低的噪音水平。
2. 电力供应领域燃料电池技术可以为家庭、企业和机构提供电力供应。
在发电方面，燃料电池的效率和可靠性都比传统的燃煤发电和核电更高。
此外，燃料电池还可以与电网和电池储能系统相结合，实现更加智能的电力供应。
3. 工业制造领域燃料电池技术的应用也可以为工业制造业提供动力。
燃料电池可以与机器人、无人操作车辆和其他设备相结合，实现更高的效率和更少的能源浪费。
此外，燃料电池的噪音更低，也可以帮助企业满足环保要求。
4. 生活领域燃料电池技术的应用将会对人们的生活产生重要影响。
它可以用于为家庭提供热水和供暖，从而减少对化石燃料的依赖。
燃料电池技术的现状及发展趋势
燃料电池技术的现状及发展趋势随着环境保护意识的增强以及可再生能源的不断发展，燃料电池技术也逐渐走进我们的视野。
燃料电池技术是指将化学能转化为电能的一种新能源技术。
相比传统燃油车，它具有零排放、高效、清洁等优势，可谓是一种环保型的高端科技。
那么，燃料电池技术的现状和发展趋势究竟是怎样的呢？本文将从技术现状、市场前景和未来发展三个方面进行剖析。
1. 技术现状目前，燃料电池技术已经有了较大的进展，主要体现在以下三个方面：（1）电化学反应的稳定性逐渐增强燃料电池的核心部件是电化学反应膜，它的稳定性直接决定着整个燃料电池的寿命。
随着科学家们对电化学反应机理的了解越来越深入，对反应膜材料的研究和改良也取得了不小的成果。
（2）燃料电池的存储技术得到提升燃料电池的燃料一般为氢气或者甲醇等，如何有效地储存这些燃料也是燃料电池技术所面临的难题。
目前，科学家们正在研究开发一些新型的储氢或储甲醇技术，如将氢气储存于固体材料中，或者将甲醇直接储存于燃料电池的反应膜中等。
（3）生产成本有所下降从一开始的高成本，到现在的生产工艺逐渐成熟，燃料电池技术的生产成本逐渐降低。
科学家们正在不断寻求降低材料成本，提高生产效率的方法。
2. 市场前景燃料电池技术市场前景广阔，这一点早已不是业内人士的秘密。
特别是在汽车领域，燃料电池车已经成为了各大汽车厂商争相研发的领域，而其中日系汽车厂商尤为突出。
燃料电池车的优点不仅在于环保，同时在功率、稳定性等方面也有所突破。
以丰田的Mirai为例，它的最大功率达到了154马力，最大续航里程也能够达到了502公里，相比燃油车有了明显的提升。
而在价格上，基于国家对新能源的支持，燃料电池车也有了一定的降价幅度。
另外，燃料电池技术还具有广泛的适用性，可以用于移动电源、航空航天器、及家庭应用等领域。
燃料电池技术不仅可以涉足汽车领域，还可以延伸到各个领域，具有强大的市场竞争力。
3. 未来发展从技术趋势上看，燃料电池技术未来的发展方向将主要集中在以下几个方面：（1）提高燃料电池的功率密度目前，燃料电池的功率密度仍然较低，也就是说燃料电池发电效率有待进一步提升。
简述燃料电池发展现状
简述燃料电池发展现状燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，通常由阳极、电解质、阴极和电化学催化剂组成。
燃料电池的发展已经有数十年的历史，目前已经取得了一定的进展。
下面将简述燃料电池发展现状。
首先，燃料电池技术已经逐渐成熟，特别是质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）两种型号。
PEMFC主要在低温下工作，适用于小型移动设备和小功率应用，如汽车。
SOFC则适用于高温运行，具有较高的效率和长寿命，因此主要用于大型发电系统。
其次，燃料电池技术不断取得突破。
近年来，燃料电池的性能和稳定性有了显著提高。
例如，PEMFC的功率密度已经超过2.5 kW/L，能效超过60%。
同时，SOFC已经实现了高达60%的电能转化效率。
此外，燃料电池的使用寿命也有所延长，PEMFC可以达到5000小时以上，SOFC甚至可以达到数万小时。
再次，燃料电池技术逐渐商业化。
越来越多的燃料电池产品投入市场，如汽车、公共交通工具和便携式电源等。
日本、韩国、德国和美国等国家已经建立了相应的燃料电池产业链，形成了规模化的生产能力。
此外，政府和企业也加大了对燃料电池技术研发和推广的投入。
最后，燃料电池技术在环保和新能源领域具有广阔的应用前景。
燃料电池具有高效、低污染的特点，使用氢气等清洁燃料，不产生二氧化碳等有害物质。
因此，燃料电池可以作为传统能源的替代品，减少对化石燃料的依赖，从而降低碳排放和环境污染。
燃料电池还可以与可再生能源结合，实现能源转型和可持续发展。
综上所述，燃料电池的发展现状是技术逐渐成熟，性能不断提高，商业化进程加快，并且在环保和新能源领域具有广阔的应用前景。
然而，燃料电池面临着成本高、储氢和储氧等技术难题，需要进一步研发和突破。
相信随着科技的进步和政策的支持，燃料电池在未来能够发挥更大的作用，推动能源的革新和可持续发展。
燃料电池在汽车领域中的发展及应用前景
燃料电池在汽车领域中的发展及应用前景燃料电池是一种新型的高效、环保、可持续发展的电池，具有能量密度大、使用寿命长、排放清洁、无噪音、运行稳定等优点。
因此，燃料电池在汽车领域中的发展已成为一个备受关注的热点话题。
一、燃料电池在汽车领域中的应用前景由于燃料电池车拥有“快速加氢、零排放、长续航” 的特点，因此在未来发展中，必将占据汽车市场的重要地位。
而且，燃料电池技术正在逐渐成熟，其能量密度和寿命已经满足日常使用的需求，随着燃料电池技术的不断提升，该技术将更加成熟。
二、全球燃料电池汽车市场发展现状截至目前，全球大部分国家都已投入了大量的研究经费，来推进燃料电池车的发展。
日本是燃料电池汽车的领先者，韩国和德国处于追赶的地位，美国目前的情况相对欧美亚，尚处于起步阶段，但目前的发展也是越来越迅速的。
三、燃料电池汽车技术的优缺点1、优点①环保：燃料电池的排放物只有水，与传统的燃油车相比，可以极大地减少对环境的污染。
②续航里程长：从续航角度来看，燃料电池车辆可以实现长途跋涉，甚至说可以实现数百公里的行驶距离，比传统的电动车更具可靠性。
③普及不会受到石油战争、短缺等因素的影响。
2、缺点①目前燃料电池的生产还相对高昂，且维护成本也较高。
②氢气的存储、输送等方面的技术和基础设施还不够成熟。
四、燃料电池技术的发展趋势和面临的挑战随着国内外的科学技术的不断提升和燃料电池汽车市场的发展，燃料电池技术面临不少挑战。
技术上的挑战主要集中于氢气的储存和输送，国内外目前仍在大量投入研究和开发，此外，燃料电池汽车的商业模式和政策扶持等方面，也是燃料电池技术在发展中所面临的挑战。
但这并不妨碍燃料电池的发展趋势，正如日本政府设定的目标一样，到 2030 年，日本将拥有 8.4 万台燃料电池汽车，成为全球最大的燃料电池市场。
总的来说，燃料电池汽车市场在国内外都非常广阔，随着人们意识对于全球环境及气候变化的不断提高，燃料电池的发展将呈现出重要的浪潮，因此，燃料电池技术的推广将对于整个汽车市场都具有重要的意义。
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燃料电池发展现状与应用前景摘要: 介绍了各种类型燃料电池( 碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池及质子交换膜燃料电池) 的技术进展、电池性能及其特点。
其中着重介绍了当今国际上应用较广泛、技术较为成熟的磷酸燃料电池和质子交换膜燃料电池。
对燃料电池的应用前景进行探讨, 并对我国的燃料电池研究提出了一些建议。
关键词: 燃料电池; 磷酸燃料电池; 质子交换膜燃料电池燃料电池有多种类型, 按使用的电解质不同来分类, 主要有碱性燃料电池(AFC) 、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 、固体氧化物燃料电池( SOFC) 、磷酸燃料电池( PAFC) 及质子交换膜燃料电池( PEMFC) 等。
1 各种燃料电池发展状况1. 1 碱性燃料电池(AFC)20 世纪50 年代起美国就开始对碱性燃料电池进行研究, 并在60 年代中期成功地用于Apollo 登月飞行。
AFC 的优点在于除贵金属外, 银、镍以及一些金属氧化物都可以作电极催化剂, 它的阴极性能也比酸性体系要好, 而且电池的结构材料也较便宜。
缺点在于对CO2 和N2 十分敏感, 故不适用于地面。
在国外, 将AFC 用于潜艇及汽车的尝试已不再继续, 目前AFC 主要用作短期飞船和航天飞机的电源。
中科院长春应用化学研究所1958 年就开始研究培根型燃料电池。
60 年代初开展碱性石棉膜型燃料电池的研究, 1968 年承担航天用碱性石棉膜型燃料电池的研制。
中科院大连化学物理研究所在60 年代初也开始研究碱性石棉膜型燃料电池。
70年代初承担了航天用碱性石棉膜型燃料电池的研制, 研制成两种类型的电池。
80 年代初, 研制了潜艇用20kW的大功率碱性石棉模型燃料电池样机。
1. 2 熔融碳酸盐燃料电池( MCFC)MCFC 的电解质由Li2CO3 和K2CO3 组成, 工作温度在650 e 左右, 阴极、阳极电化学反应快, 无需贵金属催化剂。
由于在较高温度工作, 可以对天然气、煤炭气化燃料进行内部重整, 直接加以利用。
不需要复杂昂贵的外重整设备。
另外, 燃料转换效率高, 余热利用效率也较高。
但MCFC 在高温下长期工作时电解质损失造成的电池失效、隔板腐蚀对电池寿命的影响, 以及镍电极缓慢溶解所造成的性能下降都是有待解决的课题。
由美国能源研究公司(ERC) 建造, 使用内部重整的2MWMCFC 装置已经安装在加利福尼亚并入电网运行了720h, 供电1710MWh, 1997 年3 月停运,为建造和运行这类电站提供了宝贵经验。
日本熔融碳酸盐研究协会在日本月光计划和新日光计划的支持下, 一个1000kW系统正在组装以评价此技术。
长春应用化学研究所于90 年代初开始研究MCFC, 在LiAlO2 微粉的制备方法和利用金属间化合物作MCFC 的阳极材料等方面取得了很大的进展。
大连化学物理所从1993 年起在中科院资助下开始研制, 自制LiAlO2 微粉制造的MCFC 单体电池性能已达国际80 年代初的水平。
1. 3 固体氧化物燃料电池( SOFC)SOFC 工作温度高达1000 e , 反应速度快, 不需要贵重金属做催化剂, 不存在电解质腐蚀金属问题。
碳氢化合物燃料可自动在燃料电池内部重整, 并迅速地在电极上被氧化, 燃料中杂质对电池的性能、寿命影响均很小。
其燃料转换效率高, 高温余热可很好利用, 从而提高燃料的总利用效率。
SOFC 可以与燃气轮机相结合, 即用燃料电池的动力代替燃气轮机的燃烧段, 总效率可望达到60%~ 70% 。
SOFC 的主要问题是固体氧化物电解质所用的陶瓷材料脆性大, 目前仍很难制造出大面积的固体电解质膜, 这严重制约了建造大功率SOFC。
另外, SOFC 还存在诸如电流密度小、电压降高、制造工艺复杂、成膜设备昂贵等问题。
美国、丹麦、荷兰、日本等国都很重视SOFC, 其中美国西屋(Westinghouse) 公司的研究工作较为突出, 研制的25kW的SOFC 电池组已经通过了长期示范试验, 建造在荷兰的100kW示范装置也已于1997年启用, 250kW至7MW发电装置的建设正规划中。
中科院上海硅酸盐研究所1971 年就开始进行了SOFC 电极材料和电解质材料的研究。
吉林大学于1995 年在吉林省计委和国家计委的资助下进行SOFC的研究, 研制成功的单体电池电压达到1.18V, 电流密度400mA/ cm2。
1. 4 磷酸燃料电池( PAFC)磷酸燃料电池采用H3PO4 液体做电解质, 发电效率为35% ~ 43%, 工作温度180 e 。
由于工作温度降低, 反应速度慢, 因此需要使用贵重金属Pt 做催化剂。
PAFC 基本元件有阳极、阴极和电解质, 单电池之间由隔板连接。
磷酸燃料电池的特点如下:( 1) 发电效率在35% ~ 43% 之间, 大容量电站效率较高些。
热电联供时, 总效率为71%~ 85% 。
( 2) 洁净、对环境污染小, 没有( 或很小) 转动部件, 振动和噪声污染也很小。
( 3) 随着技术不断改进, PAFC 电站, 特别是50kW和200kW 电站, 其无故障连续运行时间不断加长。
例如美国ONSI 公司的200kWPC225 发电装置投运时间已超过37000h, 可用率超过95% , 接近商业化目标要求的40000h。
( 4) 满负荷运行可达到40000h, 电池的输出电压的降低不大于10%。
( 5) 装置紧凑, 检修空间小, 维修困难。
( 6) PAFC 电站可以使用各种气态或液态燃料,主要是使用天然气或液化天然气, 也可以使用液化石油气、甲醇、煤油、沼气等。
(7) 降低造价与技术的改进、标准化和大规模生产分不开。
ONSI 公司1995 年推出的PC25C 型PAFC 装置的制造成本为3000$ / kW, 而后推出的PC25D型的成本降至1500$ / kW, 体积减小1/ 4, 重量仅为14t。
但PAFC 电站造价的进一步降低仍需长期努力。
美国最早在60 年代后期就开始对PAFC 进行评价研究, 是最早发展PAFC 电站技术的国家, 而日本是PAFC 电站技术发展最快的国家, 它仅用10~15a 时间就与美国并驾齐驱。
1991 年东京电力公司在五井火力发电厂内建成了当时世界上功率最大的12MW PAFC 发电站。
目前PAFC 技术已公认为可用于热电联供的、具有高度可靠性的发电装置, 特别在象医院、监狱、旅馆等对安全供电要求特别高的场合有着很好的应用前景。
而在国内PAFC 的研究工作目前尚处于空白状态。
1. 5 质子交换膜燃料电池( PEMFC)PEMFC是继AFC、PAFC、MCFC、SOFC 之后迅猛发展起来的温度最低、比能最高、启动最快、寿命最长、应用最广的新一代燃料电池。
但在历史上,PEMFC实际上是最先得到应用的燃料电池。
早在60 年代初, 美国航空航天局曾7 次成功地将PEMFC用于双子座飞船。
但由于稳定性及导电性均差, 使用寿命仅500h。
虽以后采用全氟磺酸膜(Nafion) ,解决了电池寿命和水污染的问题, 但仍让位于碱性燃料电池(AFC) , 导致其研究长时间处于低谷。
直至80 年代, 加拿大Ballard 公司注意到PEMFC 可在室温下快速启动, 作为移动动力电源的潜力, 又开始进行PEMFC 的研究。
在美国、加拿大等国科学家们的努力下,PEMFC 取得了突破性进展。
质子交换膜燃料电池( PEMFC) 由若干单电池串联而成。
单电池由表面涂有催化剂的多孔阳极、多孔阴极和置于其间的固体聚合物电解质构成, 其工作原理如图1 所示。
图1 质子交换膜燃料电池工作原理PEMFC之所以成为当前国际上燃料电池研制、开发的热点, 是基于以下几个突出的优点: 工艺结构简单, 开发投入相对较少; 可室温下快速起动投入运行; 不使用腐蚀性电解液,安全可靠; 按负载要求, 系统规模可大可小; 比功率高, 特别适用于军用或民用的可移动电源及电动车辆; 发电时无噪声, 而且红外信号很弱, 在军事领域有着极其重要的用途。
目前在PEMFC 研究中存在的主要技术关键为:¹Pt/ C 催化剂的制备: 制备Pt 高度分散的电催化剂是减少Pt 用量和降低电池成本的重要途径; º电极、膜三合一制备工艺: 电极与膜采用热压合减小接触电阻, 电极内全氟磺酸树脂与膜熔合, 提供H+通道, 提高Pt 利用率; » 电极扩散层的制备工艺;¼电池组内平衡与热平衡: 对于高电流密度PEMFC电池组, 是实现稳定运行的关键; ½氢的安全储存、供给以及富氢燃料的转化。
国际上有多家公司和科研机构对PEMFC 进行研究, 如加拿大的Ballard 公司、德国的Siemens 公司、意大利的DeNor 公司以及美国的Los Alamos 国家实验室等。
目前PEMFC 本体技术已趋于成熟, 其关键部分) ) ) 质子交换膜已达到商品化阶段。
加拿大的Ballard 公司为加拿大国防部建造的45kW质子交换膜燃料电池潜水艇已于1996 年底完成, 并计划在2003 年建成一艘212 级300kW 质子交换膜燃料电池潜水艇, 能提供8 节的巡航速度。
此外该公司成功开发了以天然气为燃料的35kWPEMFC 热电联供系统。
大连化学物理所从1994 年起, 开始PEMFC 的电极研究工作, 现已成功地将电极Pt 含量降至0.08mg/ cm2。
采用自制电极与Nafion 112 膜组装的单电池性能远远优于美国E2TEK 公司的电极Pt 催化剂。
该所利用多年AFC 研究的技术积累, 在研究了Pt/ C 电催化剂与电极制备工艺, 膜电极三合一组件制备和其间水分布与传递, 在电池组内增湿、密封与组装工艺基础上, 于1998 年组装了kW级PEMFC 电池组。
该电池组输出功率为1kV 时, 电池放电电流密度为308mA/ cm2, 平均电压为0. 75V, 输出功率为1. 5kW时, 放电电流达到480mA/ cm2, 电池平均电压达0. 7V。
1999 年9 月大连化学物理所研制成功了5kW的PEMFC 电池组, 该电池组由74 节单电池组装而成。
2 加速发展我国的燃料电池技术目前燃料电池虽然由于成本昂贵、技术尚未完全成熟而无法得以广泛应用, 但以其具清洁、高效、无污染等优点必将拥有广泛的应用前景。
尤其是质子交换膜燃料电池( PEMFC) 具有高功率、低温运行、快速启动、无噪声等特点, 使其在电动汽车、航天、军事等领域有着极其重要的应用。
与国外相比, 我国的燃料电池研究水平还比较低, 其原因有: ¹ 70 年代我国研制的航天用AFC 与国外的差距还很小, 但此后由于种种原因停止了对燃料电池的研究工作, 直到90 年代初才重新开展燃料电池的研究工作, 致使我国燃料电池的研究水平大大落后于国外;º现在对燃料电池的研究的投入还不够, 大多仅依靠国家自然科学基金会的少量资助。