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从国家安全及战略高度出发大力发展我国的燃料电池发电技术


材料腐蚀和电极析出等问题。工作温度900-1000℃,具有效率高(50-65%)、出力密度大、结构简单、寿命长等优点,可用于替代大型火电。缺点是必须有能适应高温的材料和较高的制造技术。

PEMFC型燃料电池

    质子交换膜燃料电池(PEMFC)也称为固体聚合物(有机膜)电解质燃料电池,相对于其它几种燃料电池发展较迟。工作温度50-100℃,启动快,固体有机膜的电解质不怕震动。实际应用效率可达80%以上,具有高比能量和比功率及低温快速启动等特点。

2.3 燃料电池技术的发展概况

    1839年英国的W.Grove在实验室里验证了燃料电池的工作原理。但直到1939年苏格兰的F.T.Bacon才第一次用KOH水溶液制造出了燃料电池,工作温度100℃,电池电压0.89V,电流密度13mA/cm2。以后美国联合技术公司(UTC)购买Bacon的专利,率先开发燃料电池技术,并于1984年成立国际燃料电池公司(IFC)。

    燃料电池技术最初的应用开始于本世纪60年代的航天技术上。采用碱性电池AFC,但由于其应用条件较苛刻,必须使用纯氢和纯氧且微量的CO2即令电解质变质,随后开发了磷酸型燃料电池PAFC。PAFC是目前技术最成熟商业化应用最广泛的燃料电池,价格已降低至1500美圆/kW,美日欧等国投入运行的PAFC型电站已超过百座,最大容量者为东京电力公司的五井电厂(11MW)。

    PAFC的缺点是它需要贵重金属铂做催化剂,还需要外部的燃料处理器来重整燃料以提高含氢量,降低了电池的效率并增加了费用和占地。因此,七十年代末开始开发被称为第二代燃料电池的熔融碳酸盐电池(MCFC)。MCFC工作于高温600-700℃下,燃料的重整在内部进行从而提高了效率降低了成本,可用于大规模发电。目前有2MW级验证电站于1996年开始在

美国Santa Clara运行,其建设周期仅2月,占地400m2,距厂房9米处噪音低于60分贝,发电效率53.7%,燃料使用天然气和液化气,单位造价1700美圆/kW。

    固体电解质型燃料电池SOFC被列为第三代燃料电池。具有高效率寿命长的优点,目前正进行kW级的试验工作。

    质子交换膜燃料电池(PEMFC)是近几年研究最广泛、技术发展最为迅速的燃料电池。由于电解质采用高分子膜,具有构造简单、启动快、常温工作的优势,最适宜为汽车等交通工具提供无污染的动力。加拿大Ballard公司在1994年研制出可载75人的PEMFC型电动客车,连续行驶里程超过400公里。

    目前,世界上几乎所有的经济发达国家都在投巨资研究开发燃料电池发电技术。美国政府及众多企业每年投资达数亿美圆,以UTC及其派生出的IFC技术最为先进,IFC和日本东芝公司于1990年成立的ONSI公司生产的PC-25型设备应用最广,产品遍布美日欧。日本的富士电机、东芝公司、三菱电机等公司在政府支持下,自六十年代开始,继美国之后大力研发燃料电池技术,运行中的电站仅PAFC型即超过100座,装机30MW以上。欧洲各国,加拿大,韩国等国家由政府和企业界合作,也在燃料电池研究与应用上取得诸多进展。

    我国在60年代就开始了多种燃料电池的实验室研究,70年代曾投入大量人力物力研究燃料电池用于空间技术,此后研究工作有很长时期的停顿。最近几年,科学界和企业界的一些有识之士开始重新将目光投向燃料电池技术,尤其在PEMFC技术方面已取得了较大的进展。但由于刚刚起步,国家和企业投入资金极为有限(仅为千万元人民币级),且研究力量分散各处,难以取得突破性进展,尤其是难以将取得的成果进行实际应用试验。

2.4 燃料电池发电方式与火力发电方式的技术经济比较

    燃料电池发电的高效率、无污染、低噪音性能符合未来工业的发展趋势,其简单的运行方式和优越的运行稳定性是火力发电难以比拟的,多种燃料种类和方便来源使燃料电池不存在应用上的障碍。

 

《从国家安全及战略高度出发大力发展我国的燃料电池发电技术(第3页)》
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