21世纪新能源之一——燃料电池

haoxishuai

21世纪新能源之一———燃料电池

周善元 2 E# t- N$ L7 [' W" B3 K8 ^江西省科学院能源研究所　330029

燃料电池是举世公认的21世纪绿色能源，也是继火电、水电、核电之后有可能成为工业大规模生产的第四种电力。 　　燃料电池是一种化学电池，以氢、甲醇、乙醇、天然气、煤气、液化石油气、肼等可燃气体或液体为原料，故而得名“燃料电池”。其工作原理与普通的锰干电池、铅蓄电池相似，是利用燃料氧化反应时释放的能量直接将其转换成电能，所不同的是燃料电池的反应物———燃料和氧化剂（空气和氧）可以连续不断地供给电池，反应产物可以连续不断地从电池中排出，同时连续不断地输出电能和热能。实际上，燃料电池是应用电解水产生氢和氧的逆过程来达到发电的目的。燃料电池由正、负两极和夹在两极之间的电解质板组成，工作时，向负极供给燃料（如氢），向正极供给氧化剂（如空气），氢在负极分解成带正电的氢离子和带负电的电子，氢离子进入电解液中，电子则沿外部电路通过负载移向正极，正极上的氧与电解液中的氢离子结合形成水，并被排出。 5 ]$ t# U7 A$ `; y) |  Y- ~3 c　　燃料电池按用途分类，可分为：集中能源型、热电并用型和汽车动力型。按使用的电解质分类，可分为5种类型，即：   p0 E* {7 l0 a& t0 U( ]/ j2 h　　（1）以KOH水溶液为电解质的碱性燃料电池，称为低温碱性型（AFC）； & c% w4 m* S0 F7 i2 U" K' \2 A$ b: B　　（2）以H3PO4水溶液为电解质的酸性燃料电池，称为磷酸型（PAFC）； 　　（3）以熔融Li2CO3·KCO3等为电解质的熔融碳酸盐燃料电池，称为熔融碳酸盐型（MCFC）； / Z# j! p9 x( V  Z9 U. t" u. x　　（4）以固态离子导电氧化物为电解质的固体氧化物燃料电池，称固体电解质型（SOFC）； 　　（5）以高分子电解质膜，特别是阳离子交换膜为电解质的聚合物电解质燃料电池，称固体高分子型（PEFC）。 　　AFC、PEFC型燃料电池以纯氢为燃料，以贵金属铂为催化剂，主要应用于航天、军事等领域。AFC作为早期开发的燃料电池，功率较小，故而没有继续发展下去。PEFC以氟系高分子膜作电解质，阴极的氢离子能穿透高分子膜到达阳极，并在那里还原。PEFC电池结构紧凑，功率密度高，起动快，被看好作为电动汽车的动力源。但是，由于它以氢作燃料和使用铂金属，短期内还无法大量地推广。PAFC、MCFC、SOFC统称为地面燃料电池。PAFC为第一代地面燃料电池，工作温度为150℃～220℃，发电效率可达40％～50％，发电能力较小，但技术最为成熟，目前已有4．8 MW、11 MW的演示装置。MCFC为第二代地面燃料电池，工作温度为600℃～700℃，发电效率为45％～55％，余热可以作为热水、暖汽供给用户，也可以进行第二次发电，综合利用效率较高，技术也比较成熟。SOFC为第三代地面燃料电池，工作温度为900℃～1 000℃，发电效率可达50％～60％。作为固定发电厂的候选者，目前世界各国正竞相投资发展SOFC，并努力实现中温化（400℃～600℃）和低成本化。例如瑞典应用稀土氧化基复合陶瓷的SOFC就可以使用天然气、煤气、甲醇、乙醇等多种燃料，在固定式电站和电动车方面具有很好的应用潜力。 　　按目前的技术水平，每只单体燃料电池的电压不到1V，所产生的直流电能为1 kW左右，要达到工业应用和普通民用电力要求，必须把多只单体燃料电池堆叠串联成电池堆，以获得所需要的电压，还要以多组电池堆并联，以获得所需要的电流，从而组成具有一定发电能力的电池组。固定式电站除需要燃料电池堆外，另外要增加燃料纯化系统、交直流逆变器、控制系统等。 % E  W3 |# d* \6 @/ X5 R5 T　　燃料电池具有许多优点，与汽轮发电机相比，它省略了燃料燃烧过程，从而减少了中间环节的热损失，能量转换效率达40％～60％（火力、核能发电最高只有40％），若将余热用于供热水、热蒸汽或二次发电，其综合效率可高达70％～80％，是其他任何形式的能源利用所达不到的。第二，燃料电池站是由许多基本的电池单元组合而成，可以根据当地用电需要随时拼组，电站建立快速、灵活、方便，无需大型的土木建筑施工，特别适应边远山区、海岛等交通不便的地方建立发电站。第三，燃料电池没有发电机设备，不存在噪音，也不会产生氮氧化物和硫化物，所产生的二氧化碳也很少，主要生成物是水，所以燃料电池没有污染问题。有人计算一旦燃料电池取代了常规火力发电，全球CO2的排放量将降低40％～60％。第四，燃料电池使用的燃料除氢外，还可以使用多种碳氢化合物，电池运行可靠，寿命较长，无需充电。燃料电池的缺点就是技术还不够成熟，输出功率还较小，使用寿命还不够长，价格也较昂贵。 6 c* H: y5 `( G1 ^　　燃料电池的发展速度很快，未来前景美好。日本是燃料电池研究最先进的国家，1982年就建有4 800 kW级的实证性设备，1992年建成世界上最大的磷酸燃料电池中试厂，功率达11万kW，发电效率43．6％。德国的戴姆勒—奔驰公司1994年研制还成功使用燃料电池的电动车“ENCARI”，是地道的环保车，计划2004年大批量生产。预计2000年燃料电池发电量在日本将接近2200 MW，美国将达到500～2000 MW，欧洲将达到500～900 MW。2010年全世界燃料电池总装机容量将达到60000 MW。

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[ 本帖最后由 haoxishuai 于 2009-7-11 22:48 编辑 ]

tencents

前景很好，但要规模化发电可能还有很多问题要解决啊。

bird79

前景好，很多实际问题应该会随着技术进步解决的

wanghongmao

前景很好，但是规模化利用还有一些问题需要解决

yanf

移动能源用吧。如汽油

273965463

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