燃料电池的研究进展及应用前景

《燃料电池的研究进展及应用前景》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、燃料电池的研究进展及应用前景    王兴娟，王坤勋，刘庆祥    （1.国家知识产权局专利审查协作中心，北京100083；2.中国石油大学（北京）重质油实验室，北京102200；    3.潍坊市产品质量监督检验所，山东 潍坊261000）    摘要：燃料电池的特点决定了它具有广阔的应用前景。目前燃料电池的研究与开发集中在4个方面：即电解质膜、电极、燃料、系统结构。固体氧化物燃料电池在应用上虽然还存在一些问题（如电极材料、制造成本、操作温度过高等），但这并未影响其开发研究以及商业化，固体氧化物燃料电池是当今世界能源电池发展的主方向。    关键词：燃

2、料电池；能源；固体氧化物；研究进展    中图分类号：TM911.4  文献标识码：B  文章编号：1671-4962（2011）01-0006-04    能源问题近些年一直受到广泛的关注。随着三大化石能源的不断使用，能源储备、过度开采，环境问题越来越严重。世界能源组织调查显示，包括煤、石油、天然气等在内的矿物质能源将在未来的100~200年内耗尽，新的能源利用技术将被不断的开发并利用起来。燃料电池就是一种潜力巨大的新能源。    1 燃料电池概述    燃料电池是一种使用燃料进行化学反应产生电能的装置。所用燃料包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气，以及现

3、在运用最广泛的汽油。最常见是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格便宜，无化学危险、对环境无污染，发电后产生纯水和热，这是目前其它所有动力来源无法做到的。    由于燃料电池产生的电量较小，无法瞬间提供大量电能，因此只能用于平稳供电。目前一些笔记本电脑开始研究使用燃料电池。将燃料电池作为汽车的动力，已被公认为是21世纪的必然趋势。    燃料电池用可燃性的燃料与氧反应产生电力。通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷、乙醇、氢等这些可燃性物质都要经过燃烧来加热水，使水沸腾产生水蒸汽并推动涡轮进行发电。这种转换方式大部分的能量通常都转为无用的热能，转换效

4、率相当的低，只有30%左右；而燃料电池则是以特殊催化剂使燃料与氧发生反应产生二氧化碳和水，因无需推动涡轮机等发电器具，也不需要将水加热成水蒸气再经散热变回水，所以能量转换效率高达70%左右，比一般的能源利用方式高出40%，且二氧化碳排放量比一般方法低许多，水又是无害的产物，因此也是一种低污染性的能源。    2 燃料电池的分类    （1）按燃料电池的运行机理可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。    （2）按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。在燃料电池中，磷酸燃料电

5、池、质子交换膜燃料电池可以冷起动和快起动，可以作为移动电源，满足特殊情况的使用要求，更加具有竞争力。    （3）按燃料类型分，有氢气、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然气等气体燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有机液体燃料。有机液体燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。    （4）按燃料电池工作温度分，有低温型，工作温度低于200 ℃；中温型，工作温度为200～750 ℃；高温型，工作温度高于750 ℃。    在常温下工作的燃料电池，例如质子交换膜燃料电池，这类燃料电池需要采用贵金属作为催化剂。燃料的化学能绝大部分都能转化为

6、电能，只产生少量的废热和水，不产生污染大气环境的氮氧化物。不需要废热能量回收装置，体积较小，质量较轻。但催化剂铂会与工作介质中的一氧化碳发生作用后产生“中毒”现象而失效，使燃料电池效率降低或完全损坏，而且铂的价格很高，增加了燃料电池的成本。    另一类是在高温（600~1 000 ℃）下工作的燃料电池，例如熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，这类的燃料电池不需要采用贵金属作为催化剂。但由于工作温度高，需要采用复合废热回收装置来利用废热，体积大，质量重，只适合用于大功率的发电厂中。    3 燃料电池的研究进展    3.1 国内的研究现状    

7、早在20世纪50年代，我国就开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。政府十分注重燃料电池的研究开发，陆续开发出30 kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展，相继开发出60 kW、75 kW等多种规格的质子交换膜燃料电池组。开发出电动轿车用净输出40 kW、城市客车用净输出100 kW燃料电池发动机，使中国的燃料电池技术跨入世界先进国家行列。    国内对质子交换膜燃料电池的各个组件的开发研究都取得了较大的进展。其中对于催化剂方面：清华大学科研人员研制出新型铂

8、/碳电极催化剂。将碳载体在使用前置于一氧化碳中活化处理，即将碳载体置于流动的一氧化碳气中加热到