我国燃料电池技术进展

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1、我国燃料电池技术进展作者:毛宗强(清华大学核能技术设计研究院)【摘要】燃料是人类社会生存的基础，人类经历了植物燃料阶段之后，现处于化石燃料阶段。100多年来，化石燃料给地球带来巨大的灾难性污染，使得气候变化异常，以至地球上自然灾害频繁，人类生存条件恶化。太阳能是人类取之不尽，用之不竭的清洁能源。科学家正在积极开发利用太阳能，并取得可喜的进展。引言燃料是人类社会生存的基础，人类经历了植物燃料阶段之后，现处于化石燃料阶段。100多年来，化石燃料给地球带来巨大的灾难性污染，使得气候变化异常，以至地球上自然灾害频繁，人类

2、生存条件恶化。太阳能是人类取之不尽，用之不竭的清洁能源。科学家正在积极开发利用太阳能，并取得可喜的进展。在科学发达的今天，我们可以将太阳能直接变成热能，也可以将太阳能直接变成电能，但是热和电的大规模直接储存并未解决。太阳能的利用受到天气和地球自转位置的制约。为了解决这个问题，科学家们化费大量的精力去研究太阳能的储存，方法之一是利用太阳能电解水，将得到的氢气和氧气分别储存起来，然后再在需要的时候利用它们经燃料电池（FC）发电，副产品是纯水。因此这是一个完全可再生的无污染的燃料循环。德国于利希（Julich）研究中心

3、已经开始这项试验，并取得了很好的示范效果。FC以氢气为燃料、空气中的氧气作为氧化剂，通过电化学反应得到电能并生成纯净水。从长远来看，FC将是氢无污染地转化成电能的最佳方案，可以真正做到零排放。通常，按FC的电解质将其分为：碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电他（sOFC）。AFC的工作温度一般为80°C，KOH为电解质）因对CO2很敏感，有被PEMFC取代的趋势。PEMFC又称为固体聚合物燃料电池（SPFC），在50-

4、100°C下工作，其电解质是一种固体有机膜，用铂做催化剂，但在该温度下铂对CO极其敏感。PEMFC是最有前途的交通工具的动力，目前全世界已有PEMFC大公共汽车在示范运行。1998年，德国奔驰、美国福特和加拿大巴拉德（BALLARD）合资组成DBB公司，计划到2005年年产10万台汽车用PEMFC发动机。PAFCI作在200°C左右，磷酸为电解质，PAFC常用铂作催化剂，也有CO中毒问题，已建成的11MCFC使用熔融的碱性碳酸盐作为电解质，镍做催化剂，工作温度在650°C左右，材料腐蚀是MCFC的难点。SOFC电

5、解质和电极都是陶瓷材料，工作温度在1000°C左右。目前已制成100kFC、SOFC和MCFC，其中尤以PEMFC的研究投入最多。2．1PEMrC目前，国内研制PEMFC的单位很多，据不完全统计，计有中科院大连化物所、长春应化所、上海有机所、山西煤化所；清华大学、北京石油大学、北京理工大学、天津大学、上海交大、复旦大学、上海大学、厦门大学、华中理工大学、成都电子科技大学、天津电源研究所、上海空间电源研究院等。其中，北京富原新技术开发总公司（富原公司）与加拿大新动力公司合作开发出50FC；中科院大连化物所研制成lk

6、FC电堆；清华大学研制成低压一体化200FC系统。其余单位多做一些基础研究工作，用单电池测量一些参数，还未研究电堆。富原公司的PEMFC电堆参数列于表3；中科院大连化物所kFC电堆和清华大学的PEMFC电堆参数列于表4。*包括循环水泵我国燃料电池技术进展来自:　国家科技部已将PEMFC正式列入国家“九五”（19962000）攻关计划，要求2000年底研制出以25kFC为动力的电动汽车。在联合国开发计划署（UNDP）支持下，国家科技部还完成了在我国使用燃料电池公共汽车的可行性研究。2.2S0FC目前，国内研制SOF

7、C的单位较多，有中国科学院大连化物所、化冶所、上海硅酸盐研究所、北京物理所；清华大学、吉林大学、华南理工大学、中国科技大学等。总体研制水平较低，大都处于SOFC部件研究阶段。由于SOFC须在1000C高温下工作，工程材料是个突出问题，目前一些单位，如中国科技大学在国家自然科学基金会和863计划的资助下，对中温SOFC（600-800°℃）展开基础研究。国家科技部已将sOFC正式列入国家“九五”（1996-2000）攻关计划，要求2000年底研制出1kCrC我国开展MCFC研究较晚，基本上从90年代初才开始，研究的

8、单位也不多。目前，国内研制MCFC的单位有中国科学院大连化物所、上海冶金所和北京科技大学等。研制水平基本处于初始阶段，中国科学院大连化物所组装出MCFC单体电池，其性能达国际80年代水平。中国科学院电工所曾考察过国外MCFC示范电站的系统工程。上海交大燃料电池研究所从日本引进一台MCFC测试装置。国家科技部已将MCFC正式列入国家“九五”（1996-2000）攻关计划，要