氢能与燃料电池：国内外研究技术与商业化进程回顾

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1、氢能与燃料电池：国内外研究技术与商业化进程回顾摘　要:本文首先回顾了氢能与燃料电池的特点及研发技术。然后比较详细地介绍德国，美国以及其他发达及发展中国家对氢能与燃料电池的研发、利用及商业化进展情况情况。提出了关于研究和开发我国氢能与燃料电池的建议。1引言1.1氢能源的特点及研发技术氢是另一种洁净能源载体,氢在燃烧或催化氧化后的产物为液态水或水蒸气。作为能源载体,相对于其它载体如汽油、乙烷和甲醇来讲,氢具有来源丰富、质量轻、能量密度高、绿色环保、储存方式与利用形式多样等特点。氢能是指以氢及其同位素为主体

2、的反应中或氢的状态变化过程中所释放的能量,主要包括氢化学能和氢核能两大部分。氢能系统一般由氢源开发和制氢、储氢、输运和氢能利用等技术领域构成。到目前为止,在氢源的开发和制氢技术领域有3个方向,分别为化石燃料(石油、煤和天然气)的裂解、电解水和生物制氢。化石燃料的热分解，产氢的成本较低，却严重依赖化石燃料资源且排放二氧化碳；近年来也发展了直接热分解和催化裂解碳氢化合物,这种方法制氢成本较高,还处于发展阶段。电解水制氢的能量效率相当高，但较为昂贵。电解水制氢的发展方向是与风能、太阳能、地热能以及潮汐能等洁

3、净能源相互配合,从而降低成本。生物制氢具有能耗低、污染小等优势，已经成为未来制氢技术发展的重要方向，但其目前存在的问题也较多，诸多问题仍需要进一步研究。储氢技术按氢的聚集状态可分为高压气态储氢、低温液态储氢以及固体储氢材料储氢。高压气态储氢的主要问题是制作罐体复合材料碳纤维的价格太高。低温液体储氢技术的关键是如何降低汽车在停车时车载低温液态储氢罐中液态氢的汽化损耗。由此引发的一系列问题是低温储氢技术需要解决的技术难题。固体储氢材料储氢是储氢技术未来的主要发展方向。虽然现在的发展中遇到了很多技术难题，但

4、相对于高压气态储氢、低温液态储氢以及金属间化合物固体储氢材料来讲,这些储氢量大的轻质储氢材料是今后研发的重点。氢的输运根据需求可采取气态、液态和固态的方式。氢在长距离输运时可采用地下管道以输运天然气一样的方式输送，当然,短距离区域间的输运方式可采用高压气罐、液罐以及固态储氢罐,但成本可能会非常高。1.2燃料电池的特点及研究现状从某种意义上讲，燃料电池可视为一种特殊的发电装置，在理论上可以达到非常高的能量转换效率。燃料电池按电解质的不同可分为以下五大类型:碱性燃料电池(alkalinefuelcell，

5、AFC)、磷酸燃料电池(phosphoricacidfuelcell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(moltencarbonatefuelcell，MCFC)、质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，PEMFC)、固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell，SOFC)。相对于其他电源及供能方式，燃料电池具有能量转化效率高、稳定性高、环境污染小、灵活性好、燃料广泛，补充方便、寿命长等特点与优势。虽然全球众多研究机构和公司纷纷投入燃料电池的研究，并

6、在汽车制造商的推波助澜下，出现了前所未有的研制高潮，但是燃料电池的真正普及和实用化大批量生产尚须时日。究其原因，主要是日前在许多领域的关键技术尚未完全突破，亟待解决。主要面临的问题有：1、燃料要求高2、成本昂贵3、电池的寿命不够长4、电池性能不够好燃料电池的发展现状及趋势2国外对氢能与燃料电池的对氢能与燃料电池的研发、利用及商业化进展情况2.1美国的研发、利用及商业化进展情况2.1.1研发利用情况美国政府将氢能和燃料电池确定为维系经济繁荣和国家安全的至关重要的必须发展的技术之一，每年花费9000万美元

7、用于燃料电池的研发。美国于2002年1月启动“FreedomCAR”计划该计划的主要内容是开发低成本、适合大规模生产的燃料电池汽车;开展政府和私人合作建设满足各种燃料电池汽车需要的国家氢能基础设施;支持在短期内降低石油消耗和环境污染的能源研究等。2003年1月启动“自由燃料”计划该计划的主要目的在于资助燃料电池和氢能研究;为美国向氢能经济过渡做准备;在氢气的制造、运输、储存以及分配的研发上进行投入;加快演示计划。与2002年的FreedomCAR计划合计投资17亿美元,在今后五年内支持燃料电池的发展。

8、2003年2月公布总额10亿美元的“未来发电厂”计划为期10年的该计划目标是设计、建造和运行一个零污染的以煤为原料来制氢和发电的发电厂原型;封存至少90%的二氧化碳;验证二氧化碳隔离的有效性、安全性和长期性;建立二氧化碳监控的技术标准;解决以煤为原料零排放的制氢和发电技术的工程问题、经济问题和环保问题。2003年6月修订能源法案主要内容为加速氢能和燃料电池应用的能源法案修订案获得国会通过,法案具体要求美国在2010年前生产和使用10万辆燃料电池汽车,到2