楊潤(rùn)紅，陳允軒，陳庚，陳梅倩，李國(guó)岫

(北京交通大學(xué)，北京100044)

摘要：能源和環(huán)境是全人類面臨的重要課題，考慮可持續(xù)發(fā)展的要求，燃料電池技術(shù)正引起能源工作者的極大關(guān)注。主要在介紹燃料電池的工作原理、發(fā)展簡(jiǎn)史、分類及特性的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析和論述了燃料電池的應(yīng)用和研發(fā)現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展前景作了展望。

1839年，英國(guó)的William Grove首次發(fā)現(xiàn)了水解過(guò)程逆反應(yīng)的發(fā)電現(xiàn)象[1]，燃料電池的概念從此開(kāi)始。100多年后，英國(guó)人Francis T.Bacon使燃料電池走出實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用于人們的生產(chǎn)活動(dòng)[2]。20世紀(jì)60年代，燃料電池成功應(yīng)用于航天飛行器并逐步發(fā)展到地面應(yīng)用[3]。今天，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，隨之而來(lái)的不僅是人類文明的進(jìn)步，更有能源危機(jī)，生態(tài)惡化。尋求高效、清潔的替代能源成為擺在全人類面前的重要課題。繼火力發(fā)電、原子能發(fā)電之后，燃料電池發(fā)電技術(shù)以其效率高、排放少、質(zhì)量輕、無(wú)污染，燃料多樣化等優(yōu)點(diǎn)，正進(jìn)一步引起世界各國(guó)的關(guān)注。

1燃料電池的工作原理

人們常用的普通電池有堿性干電池、鉛酸蓄電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。燃料電池和普通電池相比，既有相似，又有很大的差異。它們有著相似的發(fā)電原理，在結(jié)構(gòu)上都具有電解質(zhì)，電極和正負(fù)極連接端子。二者的不同之處在于，燃料電池不是一個(gè)儲(chǔ)存電能的裝置，實(shí)際上是一種發(fā)電裝置，它所需的化學(xué)燃料也不儲(chǔ)存于電池內(nèi)部，而是從外部供應(yīng)。在燃料電池中，反應(yīng)物燃料及氧化劑可以源源不斷地供給電極，只要使電極在電解質(zhì)中處于分隔狀態(tài)，那么反應(yīng)產(chǎn)物可同時(shí)連續(xù)不斷地從電池排出，同時(shí)相應(yīng)連續(xù)不斷地輸出電能和熱能，這便利了燃料的補(bǔ)充，從而電池可以長(zhǎng)時(shí)間甚至不間斷地工作。人們之所以稱它為燃料電池，只是由于在結(jié)構(gòu)形式上與電池有某種類似：外特性像電池，隨負(fù)荷的增加，它的輸出電壓下降[4]。

燃料電池實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)器[5]，它把燃料同氧化劑反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。它沒(méi)有傳統(tǒng)發(fā)電裝置上的原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置，也沒(méi)有直接的燃燒過(guò)程。燃料和氧化劑從外部不斷輸入，它就能不斷地輸出電能。它的反應(yīng)物通常是氫和氧等燃料，它的副產(chǎn)品一般是無(wú)害的水和二氧化碳。燃料電池的工作不只靠電池本身，還需要燃料和氧化劑供應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物排放等子系統(tǒng)與電池堆一起構(gòu)成完整的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池可以使用多種燃料，包括氫氣、碳、一氧化碳以及比較輕的碳?xì)浠衔铮趸瘎┩ǔＪ褂眉冄趸蚩諝?。它的基本原理相?dāng)于電解反應(yīng)的逆向反應(yīng)，即水的合成反應(yīng)。燃料及氧化劑在電池的陰極和陽(yáng)極上借助催化劑的作用，電離成離子，由于離子能夠通過(guò)二電極中間的電解質(zhì)在電極間遷移，在陰電極、陽(yáng)電極間形成電壓。當(dāng)電極同外部負(fù)載構(gòu)成回路時(shí)，就可向外供電(發(fā)電)。圖1是燃料電池的工作原理圖[6]。

2燃料電池的發(fā)展簡(jiǎn)史、分類及各自特性

1839年，William Grove提出了氫和氧反應(yīng)可以發(fā)電的原理，并發(fā)明了第一個(gè)燃料電池。他把封有鉑電極的玻璃管浸入稀硫酸中，電解產(chǎn)生氫和氧，連接外部裝置，氫和氧就發(fā)生電池反應(yīng)，產(chǎn)生電流。

1896年，W.W.Jacques提出了用煤作為燃料電池的燃料，但由于無(wú)法解決環(huán)境污染的問(wèn)題，沒(méi)有取得滿意的效果。

1897年，W.Nernst用氧化釔和氧化鋯的混合物作為電解質(zhì)，制作成了固體氧化物燃料電池。

1900年，E.Baur研究小組發(fā)明了熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)。此后，I.Taitelbaum等人就此進(jìn)行了一些拓展性的研究。

1902年，J.H.Reid等人先后開(kāi)始研究堿質(zhì)型燃料電池(AFC)。

1906年，F(xiàn).Haber等人用一個(gè)兩面覆蓋鉑或金的玻璃圓片作為電解質(zhì)，與供氣的管子相連，做出了固體聚合物燃料電池(SPFC)的雛形。

1952年，英國(guó)學(xué)者F.T.Bacon在借鑒前人研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研制出具有實(shí)用性的培根電池并獲得專利。它的研制思路是避免采用貴金屬并設(shè)法獲得盡可能高的輸出功率。采用雙層孔徑燒結(jié)鎳做電極，氫氧化鉀水溶液做電解質(zhì)，以純氫和純氧為燃料及氧化劑。副產(chǎn)物是純水。培根電池是燃料電池由實(shí)驗(yàn)走向?qū)嵱镁哂欣锍瘫再|(zhì)的燃料電池[7]。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，燃料電池進(jìn)入了廣泛的實(shí)用性開(kāi)發(fā)階段。按所使用的電解質(zhì)的不同，燃料電池通?？梢苑譃橐韵聨追N[8]：

2.1堿性燃料電池(alkaline fuelc ell簡(jiǎn)稱AFC)

這種電池是以氫氧化鉀或氫氧化鈉等堿性溶液為電解質(zhì)，電解液滲透于多孔而惰性的基質(zhì)隔膜材料中，導(dǎo)電離子為OH-，使用的電催化劑主要是貴金屬(如鉑、鈀、金、銀等)和過(guò)渡金屬(如鎳、鈷、錳等)或者由它們組成的合金。電池的工作溫度一般在60℃～90℃范圍。它設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但不耐CO2，所以原則上它必須采用純氫和純氧做為燃料。

2.2磷酸鹽燃料電池(phosphoric acid fuel cell簡(jiǎn)稱PAFC)

這種電池一般以Pt/C為電極基材，電解質(zhì)為吸附于SiC上的85%的磷酸溶液，工作溫度范圍在150℃～200℃，其主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生熱量高，產(chǎn)生CO的量少。缺點(diǎn)是電導(dǎo)率較低且有漏液?jiǎn)栴}。

2.3質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell簡(jiǎn)稱PEMFC)

這種電池以磺酸型質(zhì)子交換膜為固體電解質(zhì)，無(wú)電解質(zhì)腐蝕問(wèn)題，能量轉(zhuǎn)換效率高，無(wú)污染，室溫下快速啟動(dòng)。

2.4熔融碳酸鹽燃料電池(molten carbonate fuel cell簡(jiǎn)稱MCFC)

該型電池采用多孔Ni/Al/Cr作陽(yáng)極，NiO為陰極，Li2CO3/Na2CO3為電解質(zhì)，并加入LiAlO2做穩(wěn)定劑。MCFC型燃料電池由于反應(yīng)溫度高，正常工作溫度在650℃左右，電解質(zhì)成熔融態(tài)，電荷移動(dòng)很快，在陰陽(yáng)電極處電化學(xué)反應(yīng)快，因此可不用昂貴的貴金屬作催化劑；對(duì)燃料適應(yīng)廣，可直接使用天然氣或煤氣作為燃料使用，降低了投資；可同汽輪發(fā)電機(jī)組組成聯(lián)合循環(huán)，進(jìn)一步提高發(fā)電效率。其優(yōu)點(diǎn)是高效，耐CO.主要缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。

2.5固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell簡(jiǎn)稱SOFC)

固體氧化物燃料電池，又稱高溫燃料電池，電解質(zhì)采用ZrO2+Y2O3，陽(yáng)極為Ni+ZrO2(Y2O3)，陰極為L(zhǎng)a/SrMnO3。電解質(zhì)允許氧離子自由通過(guò)，而不允許氫離子和電子通過(guò)。其電子導(dǎo)電性很差，低溫時(shí)比電阻很大，因此，工作溫度要維持在800～1000℃才能有較高的發(fā)電效率。從而要求采用高溫密封材料。其優(yōu)點(diǎn)是高效，耐CO，可以不用貴金屬催化劑。缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，工作溫度高，帶來(lái)材料耐高溫，耐腐蝕問(wèn)題。

還有一種分類方法是按電池工作溫度對(duì)電池進(jìn)行分類[9]，可分為：低溫燃料電池(工作溫度一般低于100℃)，它包括堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池；中溫燃料電池(工作溫度一般在100℃～300℃)，它包括培根型堿性燃料電池和磷酸型燃料電池；高溫燃料電池(工作溫度在600℃～1000℃)，它包括熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。表1是各種類型燃料電池的結(jié)構(gòu)特性[10-13]。

3應(yīng)用及國(guó)內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀[14-20]

3.1AFC

在已開(kāi)發(fā)的燃料電池中堿性燃料電池是最早獲得實(shí)際應(yīng)用的。美國(guó)的阿波羅登月飛船和航天飛機(jī)等軌道飛行器都采用這類燃料電池作為搭載電源，實(shí)際飛行結(jié)果表明電池系統(tǒng)具有很高的可靠性。20世紀(jì)80年代中期以后，隨著一些新材料的應(yīng)用及工藝的不斷改進(jìn)，堿性氫氧燃料電池的性能得到完善，比如工作溫度、工作壓力、電流密度提高，比質(zhì)量(單位功率的質(zhì)量)顯著減小等。

堿性氫氧燃料電池除成功應(yīng)用于空間技術(shù)外，也進(jìn)行了其他用途的開(kāi)發(fā)。美國(guó)UTC公司曾試制過(guò)60kW、80kW的深水探查船用電源及30kW深海潛水救助艇用的電源，德國(guó)西門子公司曾試制過(guò)100kW的潛水艇動(dòng)力電源，但都在樣機(jī)試用以后終止開(kāi)發(fā)，未投入正式使用。比利時(shí)Elenco公司及美國(guó)UCC公司也都進(jìn)行過(guò)將堿性氫空氣燃料電池用于電動(dòng)車動(dòng)力電源的開(kāi)發(fā)，日本的富士電機(jī)公司曾在月光計(jì)劃資助下開(kāi)發(fā)過(guò)kW級(jí)的應(yīng)急用堿性燃料電池。目前，此類燃料電池技術(shù)的發(fā)展已非常成熟并已經(jīng)在航天飛行及特種中成功應(yīng)用。國(guó)內(nèi)已研制出200W氨一空氣的堿性燃料電池系統(tǒng)，制成了1kW，10kW，20kW的堿性燃料電池。

堿性燃料電池在地面應(yīng)用的最大缺點(diǎn)是對(duì)燃料純度要求太高而且不能使用含C、CO2及CO的燃料氣，使用空氣也必須脫除空氣中的CO2，從而限制了這類電池在地面上的應(yīng)用。

3.2PAFC

該型電池技術(shù)成熟，目前這類電池在城市發(fā)電，供氣及其他工業(yè)項(xiàng)目上廣為試用。如在賓館、醫(yī)院、辦公樓、工廠等地方用PAFC來(lái)進(jìn)行輔助供電、供熱。還有一種采用生物氣體的PAFC體系已被開(kāi)發(fā)出來(lái)，而在廢棄物質(zhì)的處理方面，含有甲烷的沼氣或其他有機(jī)氣體已經(jīng)被利用。大規(guī)模利用生物沼氣的PAFC可望在將來(lái)應(yīng)用于垃圾回收領(lǐng)域，解決一大社會(huì)難題。

美國(guó)是最早發(fā)展PAFC電站技術(shù)的國(guó)家，而日本是PAFC電站技術(shù)發(fā)展最快的國(guó)家，PAFC在日本已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。日本是開(kāi)發(fā)燃料電池積極而熱情的國(guó)家，近年來(lái)成果尤為顯著，特別是在PAFC商業(yè)化方面已與美國(guó)并駕齊驅(qū)。目前，日本的制造商在電力公司，煤氣公司的通力合作之下，已經(jīng)可以生產(chǎn)50kW，100kW，200kW，1000kW，5000kW，11MW等各種規(guī)格的PAFC電站。英國(guó)、德國(guó)、荷蘭、比利時(shí)、意大利、丹麥、瑞典、芬蘭等9個(gè)國(guó)家22家公司于1989年9月11日成立的歐洲燃料電源集團(tuán)(EFCG)也與美國(guó)和日本的公司在這一領(lǐng)域展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。事實(shí)上，到目前為止，美日兩國(guó)的公司已經(jīng)銷售了數(shù)以百計(jì)的磷酸型燃料電池，正在試驗(yàn)的則為數(shù)更多，可以說(shuō)，PAFC的基礎(chǔ)研究工作已經(jīng)結(jié)束。商品化階段已經(jīng)開(kāi)始，正在向工業(yè)化邁進(jìn)。

3.3PEMFC

質(zhì)子交換膜燃料電池以氟磺酸型或非氟磺酸型質(zhì)子交換膜為固體電解質(zhì)，能量轉(zhuǎn)換效率高，無(wú)污染，可在室溫下快速啟動(dòng)，特別適合用做動(dòng)力電源。美國(guó)通用電器公司在20世紀(jì)60年代就將PEMFC電池用于雙子星座航天飛機(jī)。

它又是電動(dòng)車的最佳驅(qū)動(dòng)電源，受到美國(guó)、德國(guó)、加拿大和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家政府及國(guó)際汽車業(yè)巨頭如德國(guó)奔馳公司和美國(guó)通用汽車公司等企業(yè)的支持，發(fā)展勢(shì)頭非常強(qiáng)勁。1993年，加拿大Ballard公司研制出世界上第一輛燃料電池公共汽車。1999年，美國(guó)福特汽車公司和日本豐田汽車公司分別研制出質(zhì)子交換膜燃料電池電動(dòng)汽車。汽車工業(yè)的介入是推動(dòng)PEMFC快速發(fā)展的最主要的動(dòng)力。

總部位于加拿大溫哥華的Balard Power System公司被公認(rèn)為是世界開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和營(yíng)銷零排放質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池的領(lǐng)先者。國(guó)內(nèi)從事PEMFC研究的單位主要有中科院大連物理化學(xué)研究所，北京世紀(jì)富源公司，北京綠能公司，上海神力公司等。目前，我國(guó)已具備研制50kW以上，可用于電動(dòng)汽車的燃料電池動(dòng)力模塊的能力。

PEMFC的研究涉及到電化學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)模擬等各個(gè)方面。目前制約PEMFC發(fā)展的問(wèn)題有很多，主要是解決催化劑的中毒問(wèn)題和提高其活性，保證電解質(zhì)膜的成型能力及機(jī)械強(qiáng)度以及密封的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)有很多單位都在對(duì)催化劑做大量的研究工作并取得了顯著成果。如華南理工大學(xué)的廖世軍采用Si-Mo酸共沉積制備催化劑，所得催化劑比E-TEK公司的催化活性要高，用他們自己制備的催化劑組裝的DMFC的電壓為0.38V，電流大約在幾十個(gè)mA.北京有色金屬研究總院的張向軍等采用浸演還原法，進(jìn)行浸演—還原—干燥的步驟，改變了C的表面官能團(tuán)從而得到了高擔(dān)載量高分散性的PVC催化劑，有效減少了催化劑用量，優(yōu)化了催化劑層的結(jié)構(gòu)，降低了催化劑的制備成本。北京交通大學(xué)的朱紅等采用原位還原法制得了PVC催化劑。

3.4MCFC

美國(guó)是從事熔融碳酸鹽燃料電池最早和技術(shù)高度發(fā)展的國(guó)家之一，美國(guó)對(duì)熔融碳酸鹽電池的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)在大容量的MW級(jí)機(jī)組的開(kāi)發(fā)，從事熔融碳酸鹽燃料電池研究和開(kāi)發(fā)的主要單位為煤氣技術(shù)研究所(IGT)，該所已于1987年組建了M—C動(dòng)力公司和能量研究所(ERC)，這兩個(gè)單位現(xiàn)在均具有熔融碳酸鹽燃料電池電站的生產(chǎn)能力。日本從1981年開(kāi)始研究發(fā)展熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)，在完成1kW，10kW，30kW和100kW熔融碳酸鹽燃料電池系統(tǒng)的試驗(yàn)后，于1988年由23家公司成立了熔融碳酸鹽燃料電池研究協(xié)會(huì)，目的是發(fā)展1000kW的熔融碳酸鹽燃料電池分散電站。1993年，大連化物所由所長(zhǎng)基金資助10萬(wàn)元開(kāi)展了MCFC研究，1994年中科院將MCFC列為院重點(diǎn)項(xiàng)目，投資50萬(wàn)元加以支持，目前大連化物所已完成LiAlO2隔膜材料的制備，小電池設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)裝置的建立。單電池性能已達(dá)到日本20世紀(jì)80年代中期水平、正準(zhǔn)備開(kāi)展百W級(jí)MCFC裝置的研制。

研究表明，成本和壽命是影響MCFC的主要障礙，陰極溶解、陽(yáng)極蠕變、高溫腐蝕和電解質(zhì)損失是主要影響因素。因此，研制新的電極材料，改進(jìn)密封技術(shù)將是今后一段時(shí)期的研究關(guān)鍵。

3.5SOFC

美國(guó)對(duì)SOFC的研究處于世界領(lǐng)先地位，2001年8月更又投資5億美元進(jìn)行SOFC的研制開(kāi)發(fā)。目前美國(guó)國(guó)內(nèi)進(jìn)行該項(xiàng)目的單位主要有西屋動(dòng)力公司，霍尼韋爾公司，Delphi自動(dòng)系統(tǒng)公司等幾家。作為日本月光計(jì)劃的一部分，日本國(guó)內(nèi)的三菱重工業(yè)公司在這一方面發(fā)展迅速，計(jì)劃2010年將SOFC推入實(shí)用化水平。國(guó)內(nèi)SOFC的主要研制單位有大連化物所，中科院上海硅酸鹽研究所，吉林大學(xué)，中國(guó)科技大學(xué)，中科院北京化冶所等單位。目前我國(guó)已具備了研制數(shù)kW級(jí)SOFC發(fā)電系統(tǒng)的能力。

SOFC在高溫下工作也給其帶來(lái)一系列材料、密封和結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題，如電極的燒結(jié)，電解質(zhì)與電極之間的界面化學(xué)擴(kuò)散以及熱膨脹系數(shù)不同的材料之間的匹配和雙極板材料的穩(wěn)定性等，這些也在一定程度上制約著SOFC的發(fā)展，成為其技術(shù)突破的關(guān)鍵方面。

總的來(lái)說(shuō)，美國(guó)、日本、加拿大以及一些歐洲國(guó)家介入燃料電池的研發(fā)較多，特別是美國(guó)和日本是研究投入較多的國(guó)家，開(kāi)發(fā)應(yīng)用也處于世界前列。對(duì)燃料電池的研究，我國(guó)也投入了相當(dāng)大的人力物力。在燃料電池的基本理論研究方面，我們與世界先進(jìn)國(guó)家的差距不太大，但在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料應(yīng)用，關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方面有一定差距。

1997年，國(guó)家科委批準(zhǔn)將燃料電池技術(shù)列為國(guó)家九五計(jì)劃中重大科技攻關(guān)項(xiàng)目之一。1999年國(guó)家電力總公司成立了燃料電池課題組，并于1999年3月召開(kāi)了中國(guó)燃料電池電站技術(shù)路線研討會(huì)。在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、863計(jì)劃和國(guó)家科委等的支持下，國(guó)內(nèi)參與燃料電池研究的單位主要集中在中科院系統(tǒng)和大學(xué)。中科院上海硅酸鹽研究所、上海冶金研究所、長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所和大連化學(xué)物理研究所，清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京科技大學(xué)和華南理工大學(xué)等從事了MCFC、SOFC和PEMFC燃料電池的基礎(chǔ)性研究。中科院大連化學(xué)物理研究所對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行了詳盡的研究，并開(kāi)發(fā)出多種功率等級(jí)的PEMFC。近年來(lái)，隨著研究機(jī)構(gòu)和經(jīng)費(fèi)投入的不斷增加，我國(guó)對(duì)燃料電池催化劑的研究取得了可喜的成果，從事質(zhì)子交換膜燃料電池原材料及半成品制造的公司開(kāi)始出現(xiàn)，相信我國(guó)的燃料電池研究將出現(xiàn)一個(gè)嶄新的局面。

4燃料電池的應(yīng)用前景展望

隨著人類能源和生存環(huán)境的問(wèn)題日益嚴(yán)峻，積極發(fā)展高效無(wú)污染的能源成為日益迫切的課題，燃料電池作為21世紀(jì)的綠色能源，它的高效無(wú)污染的突出優(yōu)點(diǎn)是其它發(fā)電方式所無(wú)法比擬的[21-23]：

1)污染?。夯痣娬九懦鰺煔?、汽車排出尾氣中的SO2和NOx等污染物污染了環(huán)境，更直接危害人的身體健康。以氫氧燃料電池為例，它的反應(yīng)產(chǎn)物是水，與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比較，它減少了粉煤灰造成的大氣污染；同時(shí)，由于它自身不需要用水冷卻，可以減少傳統(tǒng)發(fā)電帶來(lái)的廢熱污染；

2)噪音低：燃料電池發(fā)電時(shí)噪聲很小，實(shí)驗(yàn)表明，距離40kW磷酸燃料電池電站4.6m的噪聲水平是60dB，而4.5MW和11MW的大功率磷酸燃料電池電站的噪聲水平已經(jīng)達(dá)到不高于55dB的水平；

3)系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)的適應(yīng)能力強(qiáng)：火力發(fā)電的調(diào)峰問(wèn)題一直是個(gè)難題，發(fā)電出力的變動(dòng)率最大為5%，且調(diào)節(jié)范圍窄。而燃料電池發(fā)電出力變動(dòng)率可達(dá)每分鐘66%，對(duì)負(fù)荷的應(yīng)答速度快，啟停時(shí)間很短。另外，燃料電池即使負(fù)荷頻繁變化，電池的能量轉(zhuǎn)化效率也并無(wú)大的變化，運(yùn)行得相當(dāng)平穩(wěn)。

4)燃料來(lái)源廣：燃料電池可以使用多種多樣的初級(jí)燃料，包括火力發(fā)電廠不宜使用的低質(zhì)燃料。作為燃料電池燃料來(lái)源的不僅可以是可燃?xì)怏w，還可以是燃料油和煤。煤炭是我國(guó)的主要能源，煤炭的利用存在著污染大、效率低、資源不能充分合理利用的緊迫問(wèn)題。通過(guò)煤制氣的方式為燃料電池提供原料氣而得到電能，是解決上述問(wèn)題的有效手段。

5)易于建設(shè)：燃料電池具有組裝式結(jié)構(gòu)，不需要很多輔機(jī)和設(shè)施。由于電池的輸出功率由單電池性能、電池面積和單電池?cái)?shù)目決定，因而燃料電池電站的設(shè)計(jì)和制造也是相當(dāng)方便的。

6)能量轉(zhuǎn)化效率高：伴隨著工業(yè)化的進(jìn)程，全世界對(duì)能源的需求量也日益增加。目前，絕大多數(shù)的能量需求要通過(guò)消耗大量的化石燃料來(lái)滿足，在傳統(tǒng)的能源利用方式中，儲(chǔ)存于燃料中的化學(xué)能必須轉(zhuǎn)變成熱能后才能被轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或電能，受卡諾循環(huán)及材料性能的限制，在機(jī)端所獲得效率只有33%～35%。而燃料電池是直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽唤?jīng)過(guò)熱機(jī)過(guò)程，不受卡諾循環(huán)的限制，因而轉(zhuǎn)化效率特高。目前，汽輪機(jī)或柴油機(jī)的效率最大值僅為40%～50%.當(dāng)用熱機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，其效率僅為35%～40%；而燃料電池理論上能量轉(zhuǎn)化率在90%以上，在實(shí)際應(yīng)用中，其綜合利用效率亦可達(dá)70%以上。

燃料電池良好的環(huán)境特性使其應(yīng)用前景非常廣闊：特種、高可靠性的后備電源、分散式發(fā)電裝置和未來(lái)的汽車動(dòng)力電源等市場(chǎng)。不同種類的燃料電池有著不同的適用范圍和發(fā)展前景。例如：PEFC因其啟動(dòng)快，無(wú)泄漏的突出優(yōu)點(diǎn)，可望在家庭供電、供熱和電動(dòng)車電源方面得到廣泛的應(yīng)用；MCFC和SOFC適合中大容量發(fā)電裝置，并有可能同燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置或汽輪機(jī)發(fā)電裝置組成高效發(fā)電裝置。

盡管燃料電池的市場(chǎng)前景十分誘人，但是仍有一些目前尚未解決的不利因素制約著它的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化進(jìn)程。如原材料成本、電極組裝工藝、燃料的貯存和運(yùn)輸?shù)取?/p>

5結(jié)束語(yǔ)

今天，全人類都面臨著能源、環(huán)保、交通問(wèn)題的困擾，對(duì)燃料電池的開(kāi)發(fā)研究以及商業(yè)化是解決世界節(jié)能和環(huán)保的重要手段，因此，世界各國(guó)都投入巨大的人力物力到這項(xiàng)工作中來(lái)。我們國(guó)家也要進(jìn)一步加大資金投入，支持基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，發(fā)展我國(guó)的燃料電池工業(yè)，趕超世界先進(jìn)水平。相信隨著科技的飛速發(fā)展和能源工作者的極大關(guān)注，隨著人們對(duì)新材料，新技術(shù)，如貯氫，催化，質(zhì)子交換膜等方面的深入研究，逐步消除制約其產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的不利因素，燃料電池技術(shù)一定能為人類可持續(xù)發(fā)展，提高燃料利用效率，改善人類生存環(huán)境做出顯著的貢獻(xiàn)。

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