什么是燃料電池？發展現狀如何？

2021-06-28 15:08:52 作者：X-iao 1991

1、什么是燃料電池?

燃料電池是一種將燃料轉化成電能的化學裝置，同時又成為電化學發電器。主要是水力發電、熱能發電和原子能發電之后的第四種發電技術。由于燃料電池是通過電化學反應把燃料的化學能中的吉布斯自由能部分轉換成電能，不受卡諾循環效應的限制，因此效率高; 除此之外，燃料電池用燃料和氧氣作為原料;同時沒有機械傳動部件，故沒有噪聲污染，排放出的有害氣體極少。因此，從節約能源和保護生態環境的角度來看，燃料電池是最有發展前途的發電技術。

電池燃料

2、燃料電池發展現狀如何?

(1)PEMFC的研究狀況

中國最早開展PEMFC研制工作的是長春應用化學研究所，該所于1990年在中科院扶持下開始研究PEMFC，工作主要集中在催化劑、電極的制備工藝和甲醇外重整器的研制已制造出100WPEMFC樣機。1994年又率先開展直接甲醇質子交換膜燃料電池的研究工作。該所與美國CaseWesternReserve大學和俄羅斯氫能與等離子體研究所等建立了長期協作關系。中國科學院大連化學物理所于1993年開展了PEMFC的研究，在電極工藝和電池結構方面做了許多工作，現已研制成工作面積為140平方厘米的單體電池，其輸出功率達0.35瓦每平方厘米。

復旦大學在90年代初開始研制直接甲醇PEMFC，主要研究聚苯并咪唑膜的制備和電極制備工藝。廈門大學與香港大學和美國的CaseWesternReserve大學合作開展了直接甲醇PEMFC的研究。1994年，上海大學與北京石油大學合作研究PEMFC(“八五”攻關項目)，主要研究催化劑、電極、電極膜集合體的制備工藝。北京理工大學于1995年在兵器工業部資助下開始了PEMFC的研究，單體電池的電流密度為150mA/cm2。中國科學院工程熱物理研究所于1994年開始研究PEMFC，主營使用計算傳熱和計算流體力學方法對各種供氣、增濕、排熱和排水方案進行比較，提出改進的傳熱和傳質方案。天津電源研究所1997年開始PEMFC的研究,擬從國外引進1.5kW的電池，在解析吸收國外先進技術的基礎上開展研究。1995年北京富原公司與加拿大新能源公司合作進行PEMFC的研制與開發，5kW的PEMFC樣機現已研制成功并開始接受訂貨。

(2)MCFC的研究簡況

在中國開展MCFC研究的單位不太多。哈爾濱電源成套設備研究所在80年代后期曾研究過MCFC，90年代初停止了這方面的研究工作。1993年中國科學院大連化學物理研究所在中國科學院的資助下開始了MCFC的研究，自制LiAlO2微粉，用冷滾壓法和帶鑄法制備出MCFC用的隔膜，組裝了單體電池，其性能已達到國際80年代初的水平。90年代初，中國科學院長春應用化學研究所也開始了MCFC的研究，在LiAlO2微粉的制備方法研究和利用金屬間化合物作MCFC的陽極材料等方面取得了很大進展。北京科技大學于90年代初在國家自然科學基金會的資助下開展了MCFC的研究，主要研究電極材料與電解質的相互作用，提出了用金屬間化合物作電極材料以降低它的溶解。

(3)SOFC的研究簡況

最早開展SOFC研究的是中國科學院上海硅酸鹽研究所他們在1971年就開展了SOFC的研究，主要側重于SOFC電極材料和電解質材料的研究。80年代在國家自然科學基金會的資助下又開始了SOFC的研究，系統研究了流延法制備氧化鋯膜材料、陰極和陽極材料、單體SOFC結構等，已初步掌握了濕化學法制備穩定的氧化鋯納米粉和致密陶瓷的技術。吉林大學于1989年在吉林省青年科學基金資助下開始對SOFC的電解質、陽極和陰極材料等進行研究組裝成單體電池，通過了吉林省科委的鑒定。1995年獲吉林省計委和國家計委450萬元人民幣的資助，先后研究了電極、電解質、密封和聯結材料等,單體電池開路電壓達1.18V，電流密度400mA/cm2，4個單體電池串聯的電池組能使收音機和錄音機正常工作。

1991年中國科學院化工冶金研究所在中國科學院資助下開展了SOFC的研究，從研制材料著手制成了管式和平板式的單體電池，功率密度達0.09W/cm2～0.12W/cm2，電流密度為150mA/cm2～180mA/cm2，工作電壓為0.60V～0.65V。1994年該所從俄羅斯科學院烏拉爾分院電化學研究所引進了20W～30W塊狀疊層式SOFC電池組,電池壽命達1200h。他們在分析俄羅斯疊層式結構、美國Westinghouse的管式結構和德國Siemens板式結構的基礎上，設計了六面體式新型結構，該結構吸收了管式不密封的優點，電池間組合采用金屬氈柔性聯結，并可用常規陶瓷制備工藝制作。華南理工大學于1992年在國家自然科學基金會、廣東省自然科學基金、汕頭大學李嘉誠科研基金、廣東佛山基金共一百多萬元的資助下開始了SOFC的研究，組裝的管狀單體電池，用甲烷直接作燃料，最大輸出功率為4mW/cm2，電流密度為17mA/cm2，連續運轉140h，電池性能無明顯衰減。

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