世界燃料電池技術(shù)的發(fā)展動態(tài)-(2)PAGE0招專業(yè)人才，上一覽英才網(wǎng)！德國、美國等國已開始著手解決汽車的氫燃料供應(yīng)問題。1999年5月，德國人在慕尼黑國際機場建成了世界上第一個加氫站，使用液氫燃料的改裝寶馬車來到這座加氫站，只需大約3分鐘就可將儲氫罐加滿，每加一次液氫可行駛300千米。寶馬公司對氫能汽車非常有信心，計劃到2005年在歐洲各國的首都都建立一個加氫站，到2010年在歐洲形成一個加氫站網(wǎng)絡(luò)。寶馬公司的目標(biāo)是，2020年在歐洲出售的寶馬汽車中，有三分之一使用燃料電池作為動力源。美國也不甘落后，1999年8月福特汽車公司在美國底特律也開設(shè)了一個加氫站。5、不同類型的燃料電池汽車加拿大的巴拉德公司成功研制出了包括250千瓦在內(nèi)的系列質(zhì)子交換膜燃料電池，并將質(zhì)子交換膜燃料電池裝配到有關(guān)汽車公司的氫能汽車上，從而使質(zhì)子交換膜燃料電池在氫能開發(fā)利用中一展身手，引起了國際社會的極大關(guān)注。該公司1994年研制出的可載75人的質(zhì)子交換膜交換膜燃料電池型電動客車，一次添2005年，使用燃料電池的轎車也將進入商業(yè)運行階段。三、家用燃料電池的發(fā)展方向近年來燃料電池技術(shù)出現(xiàn)了新的突破，各大公司對家用燃料電池的開發(fā)產(chǎn)生了極大興趣。目前正在開發(fā)用于為居民供電的低成本質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)和只需要簡單燃料處理的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)。但是，家用燃料電池目前仍然不適合大批量上市，主要原因是家用燃料電池發(fā)電裝置的價格依然過高。目前，一臺家用燃料電池發(fā)電裝置的價格大約為1萬美元，預(yù)計到2005年左右家用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的價格可降到5000美元以下。許多公司正在投入資金，對家用燃料電池進行進一步研究，力圖在成本和性能上有更大突破。家用燃料電池一般都是質(zhì)子交換膜燃料電池。這種燃料電池是一種快速啟動電池，在相當(dāng)?shù)偷臏囟葧r就可以發(fā)電，而且不會產(chǎn)生有毒和腐蝕性的物質(zhì)，使用安全可靠。最近，美國紐約的PlugPower公司成功地演示了一種利用天然氣的燃料電池系統(tǒng)，向燃料電池家用化的目標(biāo)邁出了重要一步。這種燃料電池系統(tǒng)是質(zhì)子交換膜燃料系統(tǒng)。它包括燃料電池倉、電力穩(wěn)定器以及燃料處理器。利用天然氣是燃料電池技術(shù)的突破，這為美國的7000多萬個家庭展示了用天然氣供電的美好前景。這些家庭目前已經(jīng)在使用天然氣做飯和取暖。天然氣的成本相對較低，用其作燃料，利用高效燃料電池發(fā)電，可使用戶的電費開支減少20%。美國的AvistLabs公司也在開發(fā)家用燃料電池發(fā)電裝置。它所開發(fā)的燃料電池發(fā)電裝置，功率為4千瓦，完全可以滿足一個家庭對電能的全部需求。在日本，供家庭使用的燃料電池已經(jīng)投放市場。三洋電機公司也研制成功了家用小型燃料電池，其輸出功率為1000瓦，投放市場后頗受用戶歡迎。這種燃料電池也是質(zhì)子交換膜燃料電池，采用氟樹脂類高分子膜。與磷酸燃料電池相比，這種燃料電池在電解質(zhì)處于低溫時也能有效使用，而且啟動時間短，適合家庭使用，也可作為商店的應(yīng)急備用電源，作為戶外作業(yè)的移動電源使用使用也很方便。隨著家庭燃料電池的商業(yè)化推廣，其成本價格還會迅速降低，燃料電池民用市場的前景也將十分廣闊。四、微型燃料電池的發(fā)展動向微型燃料電池主要用于需要小功率和長時間運行的地方。摩托羅拉公司等移動通信公司是推動這一研究項目的急先鋒。摩托羅拉等公司擬把甲醇燃料電池技術(shù)推向市場。近年來手機普及加快，全世界使用手機數(shù)以億計。每部手機都需要靠電池供電，如果能用燃料電池取代普通帶年齒，就會形成一個驚人的微型燃料電池市場，燃料電池制造廠商對這一巨大市場早已虎視耽耽。美國曼哈頓科學(xué)公司正在致力于開發(fā)可在所有便攜式電器上使用的微型燃料電池。這種微型燃料電池既可以為設(shè)備長時間供電，又可以減少對環(huán)境的危害。它的電能容量令普通電池望塵莫及，它可使一部手機的待機時間達6個月之久。相比之下，采用鋰電池的手機，待機時間保持兩個星期已屬不易。此外，這種燃料電池可保證維持長達一周之久的持續(xù)通話時間，而一般那鋰電池至多可保證持續(xù)通話5個小時。兩者電能容量上的差距非同一般。目前因特網(wǎng)正向移動式終端方向發(fā)展，網(wǎng)民不僅可以用辦公室和家中的電腦上網(wǎng)，而且可以在移動狀態(tài)下通過手機、掌上電腦、手提電腦進入網(wǎng)絡(luò)世界。今后的發(fā)展趨勢是利用手提電腦或手機等設(shè)備在因特網(wǎng)上漫游，通過移動通信中的新的傳輸技術(shù)，人們可以晝夜同因特網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。上述便攜設(shè)備的使用無疑都離不開微型便攜式電源。這些便攜式電器對電源的要求很苛刻，不僅要求重量輕、體積小，而且要求容量大、供電質(zhì)量高，以確保設(shè)備持續(xù)、穩(wěn)定工作。普通電池雖然在性能方面不斷改進，但就目前發(fā)展?fàn)顩r而言，仍然難以擔(dān)當(dāng)此任。經(jīng)過研究人員多年的研究，適用于這些設(shè)備的微型燃料電池應(yīng)運而生。這種微型燃料電池能夠提供高容量的電能，而且可以隨時補充。當(dāng)儲存在金屬管中的氫消耗殆盡時，可以馬上更換新金屬管，為燃料電池補充燃料。德國弗勞恩霍夫協(xié)會太陽能研究所在質(zhì)子交換膜燃料電池的基礎(chǔ)上推出的微型燃料電池電源，其功率為20瓦，為手提電腦供電的持續(xù)時間相當(dāng)鉀電池的2～3倍。五、生物燃料電池的發(fā)展方向最近，燃料電池技術(shù)又有了新的突破，英國科學(xué)家研制成功了生物燃料電池。一般燃料電池都用貴金屬作為催化劑。這類催化劑都是稀有金屬，因而價格昂貴。這一狀況嚴重妨礙了大功率燃料電池和大型燃料電池的推廣，對大型燃料電池發(fā)電廠的發(fā)展有著很大的負面影響。不久以前，英國肯特大學(xué)和牛津大學(xué)的科學(xué)家們合作，從細菌細胞中提煉出一種叫做甲醇脫氫酶的生物催化劑。這種酶能夠加速氫氣的釋放，從而加快電子數(shù)目大大增加。在酶催化劑的作用下，剛剛問世的生物燃料電池顯示出功率大、體積小、效率高、成本低等突出優(yōu)點。其能量轉(zhuǎn)化效率高達60%～70%。生物燃料電池發(fā)展前途廣闊，其實用化和商業(yè)化問題正處于進一步研究之中。21世紀，氫能將灰取代煤、石油、天然氣等礦物能源，人類將告別礦物能源時代，步入氫能時代。燃料電池作為把氫能直接轉(zhuǎn)化為電能的潔凈發(fā)電裝置即將大規(guī)模全面進入社會的各個領(lǐng)域。當(dāng)然，人類在氫能利用方面還有不少問題需要解決，但是燃料電池大顯身手，進入尋常百姓家的日子已為期不遠。本世紀的頭十年，將是燃料電池發(fā)電技術(shù)商品化和產(chǎn)業(yè)化的重要階段，在提高技術(shù)實用性和降低生產(chǎn)成本方面都將取得重大突破。燃料電池的普遍推廣使用，必將在能源及相關(guān)領(lǐng)域引發(fā)一場深刻的革命。不久的將來。分散的燃料電池發(fā)電廠供電模式必將取代大機組、大電網(wǎng)、高電壓的傳統(tǒng)供電模式，人們將生活在無須擔(dān)心大面積斷電的時代。居民只需購買一臺家用交換膜燃料電池，在自己家里就可自行發(fā)電，而且可通過接入器與外電網(wǎng)聯(lián)接起來，調(diào)節(jié)電力供應(yīng)。自產(chǎn)電力不足時，可從外電網(wǎng)購入電力；自產(chǎn)電力過剩時，則可向外電網(wǎng)出售電力。出行時，人們可以駕駛?cè)剂想姵仄嚕槐負?dān)心會給生存環(huán)境造成污染；在家時，人們又可以把燃料電池汽車當(dāng)成一部發(fā)電機，為家庭提供所需的電能。一個“氫能經(jīng)濟”的時代即將到來。燃料電池具有組件性好、環(huán)保性能好、效率高、部分負荷時性能優(yōu)異、功率范圍廣、響應(yīng)速度快、燃料多樣化、維修性好、使用方便等性能特點，非常適合作為移動式和分散式電源使用。它在使用氫能產(chǎn)生電能的過程中不產(chǎn)生任何污染物，而且氫是取之不盡的能源。隨著世界礦物資源的逐漸枯竭和國際社會對自身環(huán)境的不斷關(guān)注，人類迫切需要一種既環(huán)保又高效的可再生能源發(fā)電裝置，來取代現(xiàn)有的礦物燃料發(fā)電設(shè)備和石化燃料動力設(shè)備。燃料電池作為氫能直接轉(zhuǎn)化為電能的潔凈發(fā)電裝置，必將成為這種替代能源裝置的最佳選擇。它既是繼蒸汽機、內(nèi)燃機之后的第三代動力裝置，又是繼水力、火力、核能之后的第四代發(fā)電設(shè)備。燃料電池不僅可以為現(xiàn)代交通工具提供理想的動力源，消除對環(huán)境的污染，也可以對分散的小型發(fā)電裝置，為數(shù)以億計的用電設(shè)備和千百萬家庭提供電能。因此，燃料電池技術(shù)是21世紀對人類生活具有最重大影響的十大技術(shù)之一。燃料電池的基本工作原理很簡單，與普通電池相似。它是一種不經(jīng)過燃燒而通過化學(xué)反應(yīng)把富氫燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電裝置。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以在產(chǎn)生電能的同時還產(chǎn)生了熱能。普通電池的反應(yīng)物質(zhì)一般是難以補充的，反應(yīng)物質(zhì)消耗完了，電池也就壽終正寢了；燃料電池在電化學(xué)反應(yīng)中所消耗掉的物質(zhì)是不斷補充的，從而可源源不斷地產(chǎn)生電能，而無須進行充電。燃料電池所使用的氫可取自天然氣、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及可再生能源。氧化劑一般用空氣或純氧氣。因此一個燃料電池系統(tǒng)就相當(dāng)于一個自動運行的小型發(fā)電廠，它高效且無污染地將貯存在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能。第一代燃料電池是堿性電池，但由于其應(yīng)用條件很苛刻，必須使用純氫和純氧作為還原劑和氧化劑，而且只要存在微量的二氧化碳就會使這種燃料電池的電解質(zhì)變質(zhì)。在這種燃料電池的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了第二代燃料電池——磷酸燃料電池。磷酸燃料電池是目前技術(shù)最成熟、商業(yè)化應(yīng)用最廣泛的燃料電池。磷酸燃料電池的缺點是，需要使用貴重的鉑系金屬做催化劑，還需要使用外部的燃料處理器來對燃料進行重整，以提高燃料的含氫量，這將會降低電池的效率，增加設(shè)備的成本和占地面積。20世紀70年代末開始開發(fā)第三代燃料電池——熔融碳酸鹽燃料電池。熔融碳酸鹽燃料電池的工作溫度較高，一般在600～700℃。在這樣的溫度下，燃料的重整可在電池內(nèi)部進行，從而提高了效率，降低了成本。這種燃料電池可用在大大型發(fā)電廠。固體氧化物燃料電池是第四代燃料電池。它具有效率高、壽命長的優(yōu)點，目前正處于千瓦級的試驗階段。20世紀80年代后期，汽車領(lǐng)域燃料電池的開發(fā)工作全面展開，90年代中期，各國汽車制造廠商開始逐步加快了燃料電池的商業(yè)化進程。質(zhì)子交換膜燃料電池汽車是第五代燃料電池，也是近幾年備受關(guān)注的新型燃料電池。這種電池的電解質(zhì)采用高分子聚合物膜，構(gòu)造簡單，工作溫度低，因而電池啟動很快。這些得天獨厚的優(yōu)點，使其在為汽車等交通工具提供無污染動力源方面獨占鰲頭。一、電力供應(yīng)用燃料電池的發(fā)展動向燃料帶年齒由于具有能量轉(zhuǎn)換效率高、污染小、用水少、占地小等突出優(yōu)點，多年來一直成為替代傳統(tǒng)發(fā)電廠設(shè)備的最佳選擇。日本的富士電機、東芝、三菱電機等公司在政府支持下，自20世紀60年代開始，繼美國之后大力研發(fā)燃料電池技術(shù)，運行中的磷酸燃料電池技術(shù)，運行中的磷酸燃料電池發(fā)電廠已超過100座，發(fā)電能力在30兆瓦以上。1996年美國利用熔融碳酸燃料電池技術(shù)，僅用了2個月的時間就建成了SantaClara發(fā)電廠，并投入運行。該廠發(fā)電量達2兆瓦級，使用天然氣和液化氣作為燃料，發(fā)電效率達53.7%，單位造價為1700美元/千瓦，目前，美國、歐洲諸國和日本等國投入運行的磷酸燃料電池發(fā)電廠數(shù)以百計，其中容量最大的是東京電力公司的五井發(fā)電廠，容量達11兆瓦。近幾年利用燃料電池提供優(yōu)質(zhì)電力和熱電聯(lián)產(chǎn)的推廣工作已取得很大進展。被推廣使用典型燃料電池是系統(tǒng)可發(fā)電200千瓦、生產(chǎn)260千瓦的熱能，溫度為60℃，該典型設(shè)備的外形尺寸為3*5.5*3米。全世界目前已安裝類似此種規(guī)格的設(shè)備200多臺，這些設(shè)備尚處于初期發(fā)展階段，有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也正在制訂之中。美國機械工程師學(xué)會、美國電氣和電子工程學(xué)會以及美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會等機構(gòu)已在制訂生產(chǎn)、標(biāo)定、安裝燃料電池系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。各國工業(yè)界人士普遍對于燃料電池在發(fā)電廠的應(yīng)用前景看好。美國預(yù)計，到2017年美國30%的電能將由燃料電池提供。2001年全球燃料電池的發(fā)電能力為75兆瓦，未來10年中，全球燃料電池的發(fā)電能力將會上升到1.5萬兆瓦。預(yù)計在今后若干年中，美國、德國和日本在燃料電池發(fā)電能力上將處于世界領(lǐng)先地位。電力工業(yè)屬技術(shù)和資金密集型行業(yè)，電能生產(chǎn)、輸送、使用是在同一時間內(nèi)完成的。傳統(tǒng)的供電模式是，使用輸變電網(wǎng)絡(luò)把大型火電場、水電站、核電站與用戶連接起來，把發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過電網(wǎng)輸送給用戶的各種用電設(shè)備。這種以大機組、大電網(wǎng)、高電壓為基礎(chǔ)的保中供電電力系統(tǒng)，運行技術(shù)復(fù)雜，管理難度大，電網(wǎng)上任何一點的故障所產(chǎn)生的擾動都會在瞬間波及整個電網(wǎng)。尤其是在遭遇洪水、地震等自然災(zāi)害及戰(zhàn)爭浩劫時難以保證電力的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)的全面崩潰和大面積停電，給國民經(jīng)濟造成災(zāi)難性后果。科索沃戰(zhàn)爭中，美國用石墨炸彈破壞了南聯(lián)盟的電力系統(tǒng)，從而破壞了南聯(lián)盟的國民經(jīng)濟，給予南聯(lián)盟致命一擊。這就是電網(wǎng)集中供電存在致命弱點的最好例證。如何保證大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，如何保證電力的連續(xù)生產(chǎn)和穩(wěn)定供應(yīng)已成為新世紀電力工業(yè)面臨的重大課題。很明顯，使用燃料電池，建設(shè)分散的燃料電池發(fā)電設(shè)施，形成分散電源供電系統(tǒng)，在自然災(zāi)害和戰(zhàn)爭破壞下具有任何其他系統(tǒng)無法比擬的可靠性。燃料電池由于具有無與倫比的諸多優(yōu)越性，必將成為21世紀電力行業(yè)的主力軍。二、車用燃料電池的發(fā)展動向1、廣闊的發(fā)展前景車用燃料電池所具有效率高、啟動快、環(huán)保性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點使其當(dāng)仁不讓地成為21世紀汽車動力源的最佳選擇，是取代汽車內(nèi)燃機十分理想的解決方案。不久的將來