燃料电池走向普及..docx

【燃料电池走向普及】（一）PEFC技术篇——削减铂用量、提高核壳催化剂活性燃料电池的主流——固体高分子型燃料电池（PEFC）和固体氧化物型燃料电池（SOFC）围绕低成本化展开了竞争。PEFC方面，可削减催化剂中铂的使用量的核壳催化剂开始展现成果。SOFC方面，发现了有望把工作温度降至400℃左右的新材料。???????“业内的目标是到2016年使实售价格降至70万日元出头。如果能实现这一目标，不用做宣传也能卖出去”（东京燃气）。日本针对家用燃料电池系统的补助制度到2015年度就要停止，这促使燃料电池的低成本化技术开发加快了速度。家用燃料电池的业界团体提出了把目前为150万～160万日元的家用燃料电池系统实售价格一举降低一半的大胆目标。当然，家用领域的技术也可以用于工业用途。???????业界之所以对降低成本这么有信心，是因为燃料电池车将于2015年上市。燃料电池车大多采用在家庭用途占主流的固体高分子型燃料电池（PEFC），预计将产生波及效果。事实上，PEFC的课题之一——铂（Pt）催化剂用量的削减也在快速推进（图1）。?图1：围绕高效率和低成本展开竞争PEFC和SOFC围绕发电效率和制造成本展开了竞争。PEFC的课题是削减铂用量，SOFC的课题是降低工作温度等。图为家用燃料电池示例。（PEFC的图由东京燃气提供，SOFC的图由大阪燃气提供）???????在实用化方面领先一步的家用PEFC方面，东京燃气和松下2013年4月推出的产品已是第三代。每一代产品努力削减了成本，第三代产品的标准价格由原来的276.15万日元降到了199.5万日元。???????为第三代产品降低成本做出贡献的是铂等贵金属使用量的削减。例如，对于发电的核心——电池单元，将其电极催化剂的铂用量削减了50％。两家公司没有公布详细情况，据说是通过控制催化剂的粒度分布、同时提高催化剂层与电解质膜的密封性以提高导电性，从而削减了铂用量的。另外，利用天然气制备氢气的重整器也把去除一氧化碳（CO）的选择氧化催化剂使用的贵金属用量削减了50％（图2）。注1）注1）不仅削减了贵金属的用量，还把电池单元与重整器的耐久性由5万小时提高到了6万小时。前者是通过提高化学耐性、后者是通过优化温度平衡实现的。?图2：综合效率达到95％东京燃气2013年4月推出了家用PEFC新产品，该产品的综合效率提高到了95％（a）。还计划在2014年4月推出面向住宅楼的产品（b）。（图由《日经电子》根据东京燃气和松下的资料制作）???????燃料电池厂商在降低成本的同时，还在努力扩大可设置场所，比如寒冷地区、住宅楼等。东芝燃料电池系统公司开发出了将以前为-10℃的环境温度下限降到-20℃的燃料电池。这是通过追加在室外温度低时防止散热增加的小风量换气扇、强化停止运转时等使用的保温加热器、强化用来减少机壳散热的隔热材料等实现的。东京燃气和松下预定于2014年4月推出可设置在住宅楼里的产品。该产品进行了多处改进，例如，为了能设置在高楼层而改进了进气和排气构成、从而减弱了风压的影响；为了能设置在住宅楼走廊的管道井内，把排气等的出风口集中到了一处。???????可提供应对停电等新价值的技术的开发也在进行中（图3）。目前，有些家用燃料电池具备即使运行过程中停电也能继续运转的功能。不过，如果停电时燃料电池处于停止状态，由于无法向燃料泵等辅助设备供电，所以无法启动。?图3：配备蓄电池东芝燃料电池系统开发出了配备蓄电池的家用燃料电池系统。可在停电时启动，还能提高输出功率。（图由《日经电子》根据东芝燃料电池系统的资料制作）???????东芝燃料电池系统开发出了配备蓄电池、可单独启动的产品。如果配备500Wh左右的蓄电池，燃料电池系统就能单独启动。如果把蓄电池的容量增加到500～1000Wh左右，在使用微波炉等耗电量较大的家电产品时，还可以将燃料电池和蓄电池组合起来使用。核壳催化剂的活性提高核壳催化剂的活性提高???????为了使将来的PEGC进一步降低成本，相关企业还打算灵活运用面向燃料电池车开发的催化剂技术。PEFC的燃料极和空气极都要使用铂，但由于还原反应的反应速度较慢，因此空气极的铂用量尤其多。燃料电池车中的铂用量为每辆几十克。铂的价格约为280元/克，因此必须削减用量。家用燃料电池的铂用量虽然每台只有几克，但“在以100日元为单位削减成本的情况下，能以1000日元为单位削减成本带来的冲击相当大。我们非常期待”（东芝燃料电池系统）。???????削减铂用量方面较受关注的技术之一是“核壳催化剂”。该技术通过只在催化剂表面使用铂、在催化剂的中心部分使用其他材料来削减铂用量。以粒径为3nm的催化剂为例，如果仅在表面使用铂，预计铂用量可减少一半。???????日本同志社大学一直在开发内核使用价格仅为铂的约一半的钯（Pd）的