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燃料电池发展情况怎么样了?

自从燃料电池发明以来到现在,燃料电池的种类已有十几种,因此燃料电池发展情况进度是人们比较关注的核心问题。下面大家就来看看燃料电池发展情况吧。

燃料电池发

燃料电池主要包括电池组件和燃料两个部分。按原材料分为以下几种燃料电池:

1、碱性燃料电池(AFC)

发展速度最快,主要为空间任务,包括给航天飞机提供动力和饮用水;

碱性燃料电池(Alkaline Fuel Cell)是最早研究成功并得以应用的燃料电池。20世纪60年代初期,碱性燃料电池用于阿波罗航天飞机,这是碱性燃料电池首次出现在实际应用中,它展现出高比功率、高能量转化效率和运行高度可靠的特点。

在AFC中,浓KOH溶液既当作电解液,又作为冷却剂。它起到从阴极到阳极传递OH-的作用,氢氧化钠和氢氧化钾溶液,以其成本低,易溶解,腐蚀性低,而成为首选电解质。导电离子为OH-,燃料为氢

AFC的催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和过渡金属镍、钻、锰等。

主要问题:虽然这些示范性碱性燃料电池系统大多性能卓越,但是,诸如成本、易操作性、坚固耐用性以及安全等问题却很难解决。

a.由于空气中含有CO2,一旦电解液与含有CO2的气体接触,电解液中就会生成碳酸根离子,如含量超过30%,输出功率便会急剧下降。因此必须配置CO2除去装置,这样势必要提高造价。

b.为保持一定的电解液浓度,需要进行适当的控制,因而使系统复杂化,成本增高。

C.由于低温工作,所以废热利用困难。另外,冷却装置也比高温工作的燃料电池温差小,因此体积变大。

2、质子交换膜燃料电池(PEMFC)

已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用;

(1)国内质子交换膜燃料电池发展历程:

1958年,天津电源研究所最早开展了燃料电池的研究。

“九.五”计划期间,科技部863计划将燃料电池技术列为国家重大科技攻关项目,中国燃料电池技术研究开始进入快速发展阶段。

“十.五”、“十一.五”期间,科技部863计划重点支撑燃料电池汽车和相关技术的研发。

近几年,中国从事燃料电池技术研究的单位增加很快,已有60多家,多数针对PEMFC技术。“九?五”、“十.五”和“十一.五”期间,中国政府投入约20亿元支撑新能源汽车动力技术研究、开发和示范运行。

GEF/UNDP燃料电池公共汽车示范项目、2008北京奥林匹克运动会和2010上海世博会成为燃料电池车在中国示范运行的好机会。

“十二.五”期间,科技部863计划重点支撑面向示范以及下一代的车用燃料电池系统开发,以及燃料电池作为备用电源的示范应用。

(2)燃料电池的发展现状

燃料电池可提供多样化的能源解决方案,将来极有可能替代传统的电源供应装置,如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛,从家庭供电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统。

根据燃料电池的应用方式,一般分为移动型(Portable)、固定型(Stationary)、交通运输型(Transport);

2010年,全球燃料电池总出货量同比增长40%,达到了创历史记录的23万套,其中,移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的是,

2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC,即质子交换膜燃料电池技术,该类型燃料电池被认为最适合应用于新能源汽车。

3、磷酸燃料电池(PAFC)

磷酸燃料电池(PAFC)作为中型电源应用进入了商业化阶段,是民用燃料电池的首选;既可用于大规模发电,也可作为医院或居民区供电、汽车动力以及不间断电源等,其中同时提供电和热水被认为是PAFC的最佳应用方式。PAFC由于其优良的性能而受到高度重视发展非常迅速.开始步入商业化阶段。

PAFC系统性能,如能量密度、寿命等,经过世界一各研究机构的努力,已达到一定水平。在日本,累积运行发电时间超过1万小时的PAFC发电装置已有5台。大板煤气企业40kw水冷式PAFC发电装置已累积运行达15588h,是目前世界上累积运行时间最长的燃料电池电站。燃料电池电站连续运行时间最长的纪录则由日本东京电力企业创造,为3246h,该装置在东京火力发电所内,属于200kw水冷式PAFC电站。然而,与商业化要求的性能指标相比,目前的PAFC性能、可靠性与寿命均未达到。对于一般商业化发电装置,累积运行时间必须超过4万h,最终日标为6万h以上。

从电池的能量密度来看,目前世界上输出能量等度最高的燃料电池是设在日本关西电力企业甲试验所内的50kw水冷式PAFC电站。其能量密度为4.9kw/m3

现在,一般的燃料电池电流密度为150一200mA/m2,今后的目标应在350mA/cm2以上。

4、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)

已完成工业试验阶段;

MCFC属高温燃料电池,与低温燃料电池相比,MGFC的成本和效率很有竞争力,概述起来有四大优势:

①在工作温度下,MCFC可以进行内部重整燃料,例如在阳极反应室进行甲烷的重整反应,重整反应所需热量由电池反应的余热提供;

②MCFC的工作温度为650~700℃,其余热可用来压缩反应气体以提高电池性能,也可以用于供暖;

③燃料重整时产生的CO可以作为MCFC的燃料,且由于MCFC为高温燃料电池,不会受到CO的中毒催化剂的威胁;

④催化剂为镍合金,不使用贵金属。

MCFC适用于建立高效、环境友好的电站,它的特点是电池材料价廉,电池堆易于组装,效率为40%以上,同时具有噪声低、无污染、余热利用价值高的优点。

这种电池需要较长的时间方能达到工作温度,因此不能用于交通运输。

MCFC单体与电池堆的制造工艺,经几十年的努力,己得到很大改进。

作为工业或民用的较大规模发电装置,技术也趋于成熟,其中以天然气为燃料的兆瓦级电厂已达到商品化程度,以煤制气为燃料的更大规模的电厂现正加紧研究,实现100年前用煤作电池燃料的理想已为期不远。

5、起步较晚的固态氧化物燃料电池(SOFC)

作为发电领域最有应用前景的燃料电池,是未来大规模清洁发电站的优选对象,100kW管式SOFC电站已经在荷兰运行,Siemens和三菱重工都进行了SOFC发电系统的试验研究。相比之下,SOFC、MCFC和PEMFC会是最有前景的技术路线。

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