燃料電池的特點(diǎn)及應(yīng)用

1、燃料電池的特點(diǎn)

（1）能量密度大，比能量可達(dá)到200W·h/kg左右。PCEV要求采用氫氣作為燃料時(shí)，電池的質(zhì)量比功率不小于150W/kg；采用甲醇作為燃料時(shí)，電池的質(zhì)量比功率不小于100W/kg。

（2）一般在常溫條件下運(yùn)行，當(dāng)溫度在80°C左右易于快速啟動(dòng)，減小了溫度對(duì)燃料電池材料的影響，提高了電池性能，延長(zhǎng)可電池的壽命。

（3）可以連續(xù)不斷地工作，適合部分符合特性的要求，這些優(yōu)越的性能為PEMFC在FCEV上使用帶來(lái)了很大便利。

（4）單體電池的電壓高，是電動(dòng)汽車比較理想的一種電源，有利于減輕電動(dòng)車輛的整備質(zhì)量和降低電動(dòng)車輛使用費(fèi)用。

（5）燃料電池的染料有氫氣、甲醇和汽油三種。根據(jù)燃料電池的發(fā)電原理，氫氣是最理想的燃料，原因是氫氣可以直接參與電化學(xué)反應(yīng)。氫氣燃料電池的產(chǎn)物中只有潔凈的水蒸氣，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何污染。

2、燃料電池的應(yīng)用，燃料電池作為移動(dòng)式電源的應(yīng)用領(lǐng)域分為兩大類一是可用作便攜式電源、小型移動(dòng)電源、車載電源等，適用于軍事、通信、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，以滿足應(yīng)急供電和高可靠性、高穩(wěn)定性供電的需要。實(shí)際應(yīng)用是手機(jī)電池、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備、軍用背負(fù)式通信電源、衛(wèi)星通信車載電源等；二是用作自行車、摩托車、汽車等交通工具的動(dòng)力電源，以滿足環(huán)保對(duì)車輛排放的要求。從目前發(fā)展情況看，PEMFC是技術(shù)最成熟的電動(dòng)車動(dòng)力電源。

3、國(guó)際上，燃料電池研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的權(quán)威機(jī)構(gòu)是加拿大Ballard能源系統(tǒng)公司，美國(guó)H-Power公司于1996年研制出世界上第一輛以燃料電池為動(dòng)力源的大巴士。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)燃料電池電動(dòng)車的研發(fā)也極為重視，被列為國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃。上海神力公司、富源燃料電池有限公司、清華大學(xué)、中科院大連化物所已分別研制出游覽觀光車、中巴車樣車，其性能接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

4、燃料電池除適用于交通電源外，也非常適用于固定式電源。即可與電網(wǎng)系統(tǒng)互聯(lián)，用于調(diào)整電網(wǎng)峰值，也可用作海島、山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)或作為國(guó)防（人防）發(fā)供電系統(tǒng)電源。

5、采用多臺(tái)燃料電池發(fā)電機(jī)聯(lián)網(wǎng)還可構(gòu)成分散式供電系統(tǒng)。分散式供電系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可省去電網(wǎng)線路及配電調(diào)度控制系統(tǒng)。

（2）有利于熱電聯(lián)供（由于PEMFC電站無(wú)噪聲，可就近安裝，PEMFC發(fā)電所產(chǎn)生的熱可進(jìn)入供熱系統(tǒng)），可使燃料總利用率高達(dá)80%以上。

（3）受戰(zhàn)爭(zhēng)和自然災(zāi)害等影響比較小，尤其適宜于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的主動(dòng)防護(hù)需要。

（4）通過(guò)天然氣、煤氣重整制氧，可利用現(xiàn)有天然氣、煤氣供氣系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施為燃料電池提供燃料。

（5）通過(guò)再生能源制氫（電解水制氫、太陽(yáng)能電解制氫、生物制氫）則可形成循環(huán)利用系統(tǒng)（這種循環(huán)系統(tǒng)特別適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)），使系統(tǒng)建設(shè)成本和運(yùn)行成本降低。國(guó)際上普遍認(rèn)為，隨著燃料電池的推廣利用，發(fā)展分散型電站將是一個(gè)趨勢(shì)。

6、由于燃料電池工作溫度低，紅外輻射少，無(wú)振動(dòng)，沒(méi)有噪聲，因此特別適合用作為現(xiàn)代軍用電源。1998年8月，美國(guó)國(guó)防部在向國(guó)會(huì)國(guó)防委員會(huì)呈遞的報(bào)告中指出：移動(dòng)電力是永久性防御設(shè)施最基本的五大要素之一；燃料電池發(fā)電技術(shù)替代常規(guī)發(fā)電裝置的迅速演變，給未來(lái)發(fā)電系統(tǒng)采用氫氣作為主燃料開(kāi)辟了道路；由于能量轉(zhuǎn)換效率（超過(guò)60%）很高，操作維護(hù)極為簡(jiǎn)單，燃料電池發(fā)電機(jī)使氫能源作為主燃料的應(yīng)用極為可靠而高效。因此，把作戰(zhàn)燃料改為氫，將獲得更加高效可靠的發(fā)電系統(tǒng)、更低的排放、更低的噪聲、極大地減小熱輻射和紅外成像，便于偽裝和隱蔽作戰(zhàn)。

7、PEMFC發(fā)電機(jī)的諸多優(yōu)越性能，使其在航空航天及超級(jí)移動(dòng)設(shè)備、水下潛艇、軍事工程、通訊工程、車輛動(dòng)力電源、單兵和部（分）隊(duì)便攜電源、邊遠(yuǎn)地區(qū)、海防哨所以及人防工程中都具有極好的應(yīng)用前景。早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)航空航天局（NASA）就與通用電氣公司（GE）聯(lián)合開(kāi)發(fā)燃料電池發(fā)電機(jī)，并多次用于雙子星座衛(wèi)星計(jì)劃的飛行。特別是1968年采用Nafion膜后，在發(fā)射的生物衛(wèi)星上使用的燃料電池發(fā)電機(jī)，其壽命在實(shí)驗(yàn)室已達(dá)57000h。后來(lái)，NASA又與Hamilton標(biāo)準(zhǔn)公司合作研制RPC（再生燃料電池）系統(tǒng)，目的是配合太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)組成用于火星探測(cè)飛行器或月球基地的動(dòng)力電源（太陽(yáng)能電解水裝置功率35kw，PEMFC發(fā)電機(jī)功率25kw）.美國(guó)空軍也與Treadwell公司簽訂協(xié)議研究用于衛(wèi)星的RFC系統(tǒng)（燃料電池功率12kw,電壓V）。

8、在超級(jí)移動(dòng)裝備（HMU）應(yīng)用方面，NASA與EPSI公司合作開(kāi)發(fā)采用金屬氫化物儲(chǔ)氫的200W·h能量的PEMFC系統(tǒng)，以替代現(xiàn)有裝備中采用的可充電電池，可有效提高能量?jī)?chǔ)存密度和一次性充能能量以及循環(huán)壽命、充能速度。

9、燃料電池在軍事領(lǐng)域的一個(gè)重大用途是作為海軍艦艇的動(dòng)力電源。PEMFC發(fā)電機(jī)作為潛艇不依賴于空氣的推進(jìn)動(dòng)力（AIP）源，與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和閉式循環(huán)柴油機(jī)相比，具有效率高、噪聲低和紅外輻射小等優(yōu)點(diǎn)，在攜帶相同質(zhì)量或體積燃料氣時(shí)，潛艇續(xù)航能力最強(qiáng)（大約為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的2倍），且沒(méi)有污染，因此燃料電池是潛艇AIP系統(tǒng)的最佳選擇。德國(guó)從1980年（也是世界上最早）開(kāi)始研究燃料電池發(fā)電機(jī)的潛艇，目前德國(guó)已能生產(chǎn)212、214型號(hào)的基于燃料電池發(fā)電機(jī)的潛艇。而美國(guó)海軍與AP公司合作開(kāi)始研制以柴油重整制氫為氫源的燃料電池發(fā)電機(jī)，還與Treadwell公司合作設(shè)計(jì)并制造了用于水下探測(cè)器的燃料電池電源。

10、燃料電池的諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在重要的民用設(shè)施如智能大廈、醫(yī)院、賓館以及國(guó)防（人防）領(lǐng)域都具有極好的前景。目前這些地方的供電系統(tǒng)均采用以外電為主、柴油發(fā)電機(jī)組為輔的供電方式。當(dāng)外電毀壞啟用柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，由于柴油發(fā)電機(jī)組存在煙氣排放，隱蔽性差、震動(dòng)大、噪聲高、環(huán)保性能差等諸多缺點(diǎn)，更不適合在未來(lái)高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中使用。因此，研究基于PEMFC的發(fā)電系統(tǒng)可有效利用氫能實(shí)現(xiàn)環(huán)保，對(duì)民用供電和國(guó)防建設(shè)都有極為重要的意義。

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