燃料電池簡介

　　燃料電池——氫能促成科技

　　燃料電池技術是未來氫能經濟的關鍵促成技術之一，具有替代汽車中內燃機和為固定式及便攜式發電設施提供燃料的巨大潛力。

　　燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)與(yu)現(xian)存(cun)應(ying)用(yong)於(yu)發(fa)電(dian)廠(chang)和(he)乘(cheng)用(yong)車(che)上(shang)的(de)傳(chuan)統(tong)燃(ran)燒(shao)技(ji)術(shu)相(xiang)比(bi)具(ju)有(you)許(xu)多(duo)優(you)勢(shi)。它(ta)們(men)產(chan)生(sheng)的(de)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)量(liang)更(geng)少(shao)。如(ru)果(guo)用(yong)純(chun)氫(qing)作(zuo)為(wei)燃(ran)料(liao)
，燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)副(fu)產(chan)物(wu)隻(zhi)有(you)水(shui)，並(bing)放(fang)出(chu)一(yi)定(ding)的(de)熱(re)量(liang)。

　　燃料電池商業化麵臨的主要挑戰是如何降低成本和增強耐久性。

　　燃料電池如何工作

　　燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)是(shi)一(yi)種(zhong)以(yi)氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)發(fa)生(sheng)電(dian)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)產(chan)生(sheng)電(dian)能(neng)的(de)設(she)備(bei)。一(yi)個(ge)單(dan)電(dian)池(chi)由(you)一(yi)個(ge)電(dian)解(jie)液(ye)和(he)兩(liang)個(ge)噴(pen)塗(tu)了(le)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)電(dian)極(ji)組(zu)成(cheng)。從(cong)陽(yang)極(ji)進(jin)氫(qing)氣(qi)
，從(cong)陰(yin)極(ji)進(jin)氧(yang)氣(qi)。對(dui)於(yu)質(zhi)子(zi)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)而(er)言(yan)，催(cui)化(hua)劑(ji)從(cong)氫(qing)原(yuan)子(zi)中(zhong)帶(dai)走(zou)電(dian)子(zi)。釋(shi)放(fang)電(dian)子(zi)後(hou)，質(zhi)子(zi)穿(chuan)過(guo)電(dian)解(jie)液(ye)。而(er)電(dian)子(zi)向(xiang)陰(yin)極(ji)運(yun)動(dong)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)了(le)電(dian)流(liu)。在(zai)陰(yin)極(ji)，另(ling)一(yi)種(zhong)催(cui)化(hua)劑(ji)使(shi)氫(qing)原(yuan)子(zi)與(yu)氧(yang)氣(qi)結(jie)合(he)生(sheng)成(cheng)一(yi)個(ge)水(shui)分(fen)子(zi)（見下圖）。

　　燃料電池的優點

　　高效：燃料電池汽車預期的效率為40%－50%，而傳統內燃機的轉化石油能源的效率隻有15%。燃料電池發電站預期的效率可達80%，熱電聯產的效率可能更高。

　　清潔：如(ru)果(guo)用(yong)純(chun)氫(qing)作(zuo)為(wei)燃(ran)料(liao)
，燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)副(fu)產(chan)物(wu)隻(zhi)有(you)水(shui)。使(shi)用(yong)車(che)載(zai)燃(ran)料(liao)重(zhong)整(zheng)裝(zhuang)置(zhi)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)的(de)汙(wu)染(ran)程(cheng)度(du)是(shi)內(nei)燃(ran)機(ji)的(de)三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)。在(zai)固(gu)定(ding)式(shi)與(yu)便(bian)攜(xie)式(shi)發(fa)電(dian)站(zhan)方(fang)麵(mian)的(de)結(jie)論(lun)與(yu)汽(qi)車(che)差(cha)不(bu)多(duo)。

　　可依賴性：燃料電池可以不間斷運行
，特別適用於固定式電站的應用。

　　用途範圍廣：燃料電池規模可以從微型到兆瓦級不等，應用範圍十分廣泛。

　　燃料電池的種類

　　質子交換膜燃料電池：優點是功率刻度高、操作溫度低（80℃）、啟動速度快、耐久性好和體積小。缺點是需要使用貴金屬
，增加了成本。

　　堿性燃料電池：以氫氧化鉀為電解液，催化劑不需要使用鉑等貴金屬。高溫堿性燃料電池的溫度在100℃－250℃之間
，新型電池溫度大大降低
，在23℃－70℃左右。目前多被用於偏遠地區，示範的效率接近60%。缺點是容易二氧化碳中毒。

　　固體氧化物燃料電池：預期效率能達到50%－85%，操作溫度很高（1000℃），啟動速度慢，需要加裝隔熱層，對催化劑耐久性要求高，但不需要使用貴金屬。

　　磷酸燃料電池：耐久性強，熱電聯產效率高（85%），但單獨發電效率相對低（37%－42%），需要使用鉑等貴金屬
，成本為4000－5000美元/千瓦。

　　熔融碳酸鹽燃料電池：多被應用於天然氣和煤氣發電站，屬於高溫燃料電池（650℃以上）
，不需要使用貴金屬和附加重整裝置，但高腐蝕性的電解液對設備零件的要求較高。

　　挑戰

　　成本：燃料電池想要與傳統技術一較高下，首先要把成本大幅消減。目前汽車內燃機發電站的成本為25－35美元/千瓦
，應用於交通的燃料電池技術成本需要達到30美元/千瓦以下，應用於固定式燃料電池發電站的成本要達到400－750美元/千瓦（早期1000美元/千瓦）。

　　耐久性和可依賴性：應用於交通的燃料電池供電係統要達到與現存汽車引擎相同的耐久性和可依賴性（5000小時壽命或241000公裏行程），操作溫度在40℃－80℃。應用於固定站的燃料電池供電係統就要求為40000小時，－35℃－40℃，才能滿足市場的需要。

　　係統大小：現存燃料電池係統，包括電堆及輔助零件的尺寸及重量都需要進一步減小。

　　空氣、熱、水管理：燃料電池的運行參數和管理需要進一步優化，以及開發更優良的膜增強係統的增濕性能，簡化複雜的水管理係統。

　　改善熱量回收係統：高溫燃料電池的熱量回收係統的效率需要進一步提高，促進熱電聯產的發展，將其效率提高到80%以上。

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