燃料電池電站發(fā)展

美國政府每年花費(fèi)9000萬美元用于燃料電池的研發(fā)，而且相當(dāng)多的公司將重點(diǎn)放在了研發(fā)汽車用燃料電池上。例如戴姆勒－克萊斯勒公司就同巴拉德燃料電池公司組成合伙企業(yè)，研發(fā)生產(chǎn)燃料電池。但目前最好的燃料電池，從重量和價格上都不能同汽車發(fā)動機(jī)相競爭。

因為現(xiàn)有的汽車發(fā)動機(jī)無論從性能上還是從可靠性方面，都屬十分成熟的技術(shù)，給汽車加油和維修的基礎(chǔ)設(shè)施也已十分健全，這就造成了短期內(nèi)燃料電池汽車無法同傳統(tǒng)汽車相競爭的局面。由于燃料電池的成本已降低到只燒礦物燃料電站的2倍，所以，第一個成熟的生產(chǎn)產(chǎn)品是燃料電池發(fā)電機(jī)。當(dāng)前，一些燃料電池制造廠家如巴拉德公司，正研發(fā)可供普通居民使用或便攜式的燃料電池發(fā)電裝置。美國的H動力公司已開發(fā)出45千瓦的燃料電池發(fā)電機(jī)。位于美國康涅狄格州的國際燃料電池公司，現(xiàn)已設(shè)計出了使用天然氣、可發(fā)出200千瓦電力的燃料電池發(fā)電機(jī)。該名為PC25的發(fā)電機(jī)可滿足中等規(guī)模辦公樓電力需求。過去該公司已向17個國家的企業(yè)、學(xué)校及政府機(jī)構(gòu)售出220臺PC25，用以取代原有發(fā)電裝置或作為備用發(fā)電裝置。

在康涅狄格州，一家叫MoheganSun的賭場，就安裝了一臺稱為Mohegan－2號燃料電池賭場發(fā)電機(jī)，可發(fā)電200千瓦，還可供熱及提供純水，而產(chǎn)生的二氧化碳量極少。這種燃?xì)錃獾娜剂想姵匕l(fā)電機(jī)，已從長期的研發(fā)階段進(jìn)入商品開發(fā)階段。2100433B

效率高是燃料電池電站具有競爭性的關(guān)鍵。PC25燃料電池發(fā)電機(jī)的效率為40%，而250千瓦的燃?xì)廨啓C(jī)的效率只有30%。該公司總裁鮑爾徹說，公司的下一代燃料電池發(fā)電機(jī)的制造成本，將可降低到具有競爭力的水平。

經(jīng)過多年的研究開發(fā)和相關(guān)技術(shù)上的進(jìn)步，很多公司認(rèn)為，燃料電池用于發(fā)電的成本，已可同傳統(tǒng)的電站設(shè)備相競爭，但還不能同汽車發(fā)動機(jī)相媲美，燃料電池汽車真正進(jìn)入市場還需若干年的時間。

由于汽油、天然氣或甲烷等是富含氫的有機(jī)化合物，所以燃料電池大多使用汽油、天然氣做燃料。但未來若能找到更廉價的制氫或儲氫方法，會使燃料電池進(jìn)入一個更加美好的新天地。

堿性燃料電池(AFC)是最早開發(fā)的燃料電池技術(shù),在20世紀(jì)60年代就成功的應(yīng)用于航天飛行領(lǐng)域。磷酸型燃料電池(PAFC)也是第一代燃料電池技術(shù),是目前最為成熟的應(yīng)用技術(shù),已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用和批量生產(chǎn)。由于其成本太高,目前只能作為區(qū)域性電站來現(xiàn)場供電、供熱。熔融碳酸型燃料電池(MCFC)是第二代燃料電池技術(shù),主要應(yīng)用于設(shè)備發(fā)電。固體氧化物燃料電池(SOFC)以其全固態(tài)結(jié)構(gòu)、更高的能量效率和對煤氣、天然氣、混合氣體等多種燃料氣體廣泛適應(yīng)性等突出特點(diǎn),發(fā)展最快,應(yīng)用廣泛,成為第三代燃料電池。

目前正在開發(fā)的商用燃料電池還有質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。它具有較高的能量效率和能量密度,體積重量小,冷啟動時間短,運(yùn)行安全可靠。另外,由于使用的電解質(zhì)膜為固態(tài),可避免電解質(zhì)腐蝕。燃料電池技術(shù)的研究與開發(fā)已取得了重大進(jìn)展,技術(shù)逐漸成熟,并在一定程度上實現(xiàn)了商業(yè)化。作為21世紀(jì)的高科技產(chǎn)品,燃料電池已應(yīng)用于汽車工業(yè)、能源發(fā)電、船舶工業(yè)、航空航天、家用電源等行業(yè),受到各國政府的重視。

我國燃料電池研究始于20世紀(jì)50年代末,70年代國內(nèi)的燃料電池研究出現(xiàn)了第一次高峰,主要是國家投資的航天用AFC,如氨/空氣燃料電池、肼/空氣燃料電池、乙二醇/空氣燃料電池等.80年代我國燃料電池研究處于低潮,90年代以來,隨著國外燃料電池技術(shù)取得了重大進(jìn)展,在國內(nèi)又形成了新一輪的燃料電池研究熱潮.1996年召開的第59次香山科學(xué)會議上專門討論了“燃料電池的研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展”,鑒于PAFC在國外技術(shù)已成熟并進(jìn)入商品開發(fā)階段,我國重點(diǎn)研究開發(fā)PEMFC、MCFC和SOFC.中國科學(xué)院將燃料電池技術(shù)列為“九五”院重大和特別支持項目,國家科委也相繼將燃料電池技術(shù)包括DAFC列入“九五”、“十五”攻關(guān)、“ 863”、“973”等重大計劃之中.燃料電池的開發(fā)是一較大的系統(tǒng)工程,“官、產(chǎn)、研”結(jié)合是國際上燃料電池研究開發(fā)的一個顯著特點(diǎn),也是必由之路.目前,我國政府高度重視,研究單位眾多,具有多年的人才儲備和科研積累,產(chǎn)業(yè)部門的興趣不斷增加,需求迫切,這些都為我國燃料電池的快速發(fā)展帶來了無限的生機(jī).

另一方面,我國是一個產(chǎn)煤和燃煤大國,煤的總消耗量約占世界的25%左右,造成煤燃料的極大浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染.隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,我國汽車的擁有量(包括私人汽車)迅猛增長,致使燃油的汽車越來越成為重要的污染源.所以開發(fā)燃料電池這種潔凈能源技術(shù)就顯得極其重要,這也是高效、合理使用資源和保護(hù)環(huán)境的一個重要途徑。

2020年7月10日，著名期刊《科學(xué)》刊發(fā)中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）科研團(tuán)隊學(xué)術(shù)論文，宣布通過半導(dǎo)體異質(zhì)界面電子態(tài)特性，把質(zhì)子局限在異質(zhì)界面，設(shè)計和構(gòu)造了具有低遷移勢壘的質(zhì)子通道。高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)開發(fā)，是解決目前燃料電池應(yīng)用的關(guān)鍵。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）科研團(tuán)隊的研究如同給質(zhì)子修建高速公路，即利用半導(dǎo)體異質(zhì)界面場誘導(dǎo)金屬態(tài)，助推超質(zhì)子實現(xiàn)又快又好地‘跑起來’，從而獲得優(yōu)異的電導(dǎo)率。 。

燃料電池電堆組件包括燃料電池電堆、附件系統(tǒng)和升壓 DC/DC，將這些部件集成在一起，使得整個組件更加小型化、輕量化，而且成本更低。