新能源――燃料电池行业的崛起

燃料电池*燃料电池行业的崛起*燃料电池在汽车行业中的革新电池类型英文缩写工作温度/℃电解质种类阳极材料阴极材料反应离子燃料氧化剂技术状态碱性燃料电池AFC20～100KOH溶液C,PtC,PtOH-氢氧气高度发展磷酸盐燃料电池PAFC160～220磷酸碳纸,Pt/C碳纸,Pt/CH+天然气,氢空气中氧高度发展,成本高熔融碳酸盐燃料电MCFC600～700碳酸盐类熔盐Ni,Cr,AlLiCoO2Co32-天然气,氢空气中氧-----固体氧化物燃料电池SOFC800～1000氧化钇稳定氧化锆Ni,YSZLa,Sr,MnO3O2-天然气,甲醇空气中氧产业化中电池类型英文缩写工作温度/℃电解质种类阳极材料阴极材料反应离子燃料氧化剂技术状态质子交换膜燃料电池PEMFC20～100高分子质子交换膜碳纸,Pt/C碳纸,Pt/CH+氢,天然气空气中氧发展改进中直接甲醇燃料电池DMFC20～100质子交换膜C,PtC,PtH+甲醇空气中氧高度发展,成本高类型不同、特点不同、用途也不尽相同类型一、磷酸燃料电池磷酸燃料电池采用液体磷酸作为电解质,其工作温度较低,可以在一些设施中进行商业化应用,典型的应用范例是作为医院备用电源。类型二、固体氧化物燃料电池•固体氧化物燃料电池使用固体陶瓷和氧化锆作原材料,其优点是能在较低温度下从烃类直接产生氢,在大型高发电量应用中较有潜力,同时也可大量•用于电动汽车。开发中的高温熔融碳酸盐燃料电池•几乎可以使用任何燃料,该电池适用于工业领域。•另外,碱性燃料电池在航天工业已有应用,而蓄热式•燃料电池同样具有发展前景,它可以利用太阳能在•密闭环境过程中把水分解成氢气和氧气。类型三、质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池代表着燃料电池的最新进展,其热效率高达45%～65%,比一般内燃机效率高20%～30%,因此该类电池在汽车应用领域极具潜力。在质子交换膜燃料电池中,最大的不同是电解质由聚合物膜来代替,聚合物膜允许质子通过,其优点是能量密度高,可连续在30～95℃温度下直接产生电力,且无污染,排放物为少量水。质子交换膜燃料电池所用燃料广泛,如氢、甲醇及其他含氢燃料,特别适用于电动汽车、潜艇等。下图为燃料电池工作原理按燃料电池所用原始燃料的类型,大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。对于汽油燃料电池来说降低燃料尤其是车用柴油和汽油中的硫含量是个很棘手的问题，所以未得到很好的发展。氢燃料电池存在的问题？？？？？目前燃料电池的推广还需要解决以下问题：首先是续驶里程过短，由于氢气储存困难即使用传统油箱三倍以上的体积储存氢气，也只能保证汽油动力汽车一半的续驶里程。其次是氢气的售价并不廉价，因此燃料电池车的运行成本并不令人乐观。第三是加氢站等基础网络设施建设几乎为零，目前全球范围内投入使用的加氢站仅有100家，并且大部分是用于实验用途的.这方面的巨大投资还需要政府的推动。另外：燃料电池车的使用寿命比普通汽车短。燃料电池车最多只能开5万到10万公里，相比之下，汽油机动车平均都有20年以上的使用寿命。等等。世界大公司的努力成果鉴于燃料电池携带纯氢成本高、安全性差、汽车一次补充燃料行车里程短,且纯氢贮存、运输比较困难,许多公司正在发展与燃料电池配套的贮氢技术。能源转换设备公司开发了基于氧化镁固体的贮氢系统,该系统可在约300℃下释放出氢气,这种材料的氢密度为103g/L,而液氢密度为71g/L,利用这种贮氢罐可使燃料电池汽车行驶482km。•千年电池公•司也开发出基于硼氢化钠的化学贮氢技术,30%硼•氢化钠水溶液与催化剂接触,可产生氢气和硼酸钠•副产物。其贮氢密度也可与液氢密度相比拟,30%•的溶液中氢密度为63g/L。•丰田汽车公司开发的•“FCHV3”燃料电池汽车采用氢吸附合金供氢方•式,配备镍氢电池发动机驱动系统。该车最高时速•可达150km,续驰能力在300km以上,燃料电池输•出功率高达90kW。铃木、马自达、奔驰、本田等品牌也作出了类似的研发。在2010年横滨车展上都展出了自己的车型。燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。直接供氢的FCEV推广普及的关键是纯氢的供应和储存。为了保证直接供氢的FCEV用氢的需要，必须建造氢站，这就增大了直接供氢的FCEV商品化和推广普及的难度，因此，世界上各大汽车公司纷纷推出了通过燃料重整反应制取氢气的技术，可使用多种碳氢燃料，包括醇类燃料、天然气等。目前，通过重整反应利用甲醇制取氢气的技术已十分成熟，甲醇为液体燃料，携带方便，提高了燃料电池电动汽车的续驶里程，且燃料能量的利用率可达70%-90%，大大高于热力发动机的效率汽油变氢？•法国汽车制造商雷诺汽车公司将与美国Nuvera燃料电池公司合作。Nuvera公司能开发燃料改良技术及燃料电池。两家公司将开发一种适用于汽车的车载燃料重整器，该重整器可以将汽油转化为氢。届时，该重整器将用于驱动燃料电池。（不得不说因为中间又走了多了一道工序，我们不得不用长远和近期的预算进行考察我们的技术是否值得。）当然还有甲醇变氢的技术，并且这一技术已经相当成熟。梅赛德斯-奔驰F-CellRoadster燃料电池概念车所谓“概念车”概念车（ConceptCar）可以理解为未来汽车，汽车设计师利用概念车向人们展示新颖、独特、超前的构思，反映着人类对先进汽车的梦想与追求。往往只是处在创意、试验阶段，也许永不投产。与大批量生产的商品车不同，每一辆概念车都可以摆脱生产制造工艺的束缚，尽情地夸张地层示自己的独特魅力。随着时代的进步，概念车已经从高科技、强动力走向低耗能、求环保。奔驰曾在03年左右扬言“奔驰公司2004年将推出10万辆质子交换膜燃料电池电动汽车”但貌似没有看到目标成功的痕迹他们的新近目标：我们摘录了戴姆勒集团燃料电池运营部门高级经理ArwedNiestroj的发言：“目前奔驰所有乘用车和商用车的氢燃料车型，已经经过了450万公里的道路测试。正是这样多车型、长里程的运营经验，才让奔驰敢于宣布在2015年推出量产的氢燃料电池车型。”2015年将要上市的B级燃料电池车美国政府的前后做法美国前总统布什曾把燃料电池电动车作为“氢经济”论的“法宝”大肆宣传，但2006年2月他已改变了腔调，承认燃料电池电动车“不是近期的解决方法，也不是中期的解决方法，而确实是远期的方法”。在布什第二任总统任期的后3年里，“氢经济”论在美国已气息奄奄，燃料电池的研发重点已转向了基础性研究。2009年5月，美国政府正式宣布“停止支持”燃料电池电动车的研发。