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氢燃料电池项目介绍

2022年3月

能源问题近年向来受到广泛的关注。随着三大化石能源的不断使用，能源储备、过度开采，环境问题越来越严重。世界能源组织调查显示，包括煤、石油、天然气等在内的矿物质能源将在未来的100?200年内耗尽，新的能源利用技术将被不断的开辟并利用起来。燃料电池就是一种潜力巨大的新能源。

燃料电池概述

燃料电池是一种使用燃料进行化学反应产生电能的装置。所用燃料包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气，以及现在运用最广泛的汽油。最常见是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格便宜，无化学危（wei）险、对环境无污染，发电后产生纯水和热，这是目前其它所有动力来源无法做到的。将燃料电池作为汽车的动力，已被公认为是21世纪的必然趋势。

燃料电池用可燃性的燃料与氧反应产生电力。通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷、乙醇、氢等这些可燃性物质都要经过燃烧来加热水，使水沸腾产生水蒸汽并推动涡轮进行发电。这种转换方式大部份的能量通常都转为无用的热能，转换效率相当的低,惟独30%摆布；而燃料电池则是以特殊催化剂使燃料与氧发生反应产生二氧化碳和水，因无需推动涡轮机等发电器具，也不需要将水加热成水蒸气再经散热变回水，所以能量转换效率高达70%摆布，比普通的能源利用方式高出40%,且二氧化碳排放量比一般方法低许多，水又是无害的产物，因此也是一种低污染性的能源。

燃料电池的分类

(1)按燃料电池的运行机理可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

(2)按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。在燃料电池中，磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池可以冷起动和快起动，可以作为挪移电源，满足特殊情况的使用要求，更加具有竞争力。

(3)按燃料类型分，有氢气、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然气等气体燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有机液体燃料。有机液体燃料温和体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才干成为燃料电池的燃料。

(4)按燃料电池工作温度分，有低温型，工作温度低于

200℃；中温型，工作温度为200^750℃；高温型，工作温度高于750℃o

在常温下工作的燃料电池，例如质子交换膜燃料电池，这种燃料电池需要采用贵金属作为催化剂。燃料的化学能绝大部份都能转化为电能，只产生少量的废热和水，不产生污染大气环境的氮氧化物。不需要废热能量回收装置，体积较小，质量较轻。但催化剂柏会与工作介质中的一氧化碳发生作用后产生“中毒”现象而失效，使燃料电池效率降低或者彻底损坏，而且伯的价格很高,增加了燃料电池的成本。

另一类是在高温(600~1000℃)下工作的燃料电池，例如熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，这种的燃料电池不需要采用贵金属作为催化剂。但由于工作温度高，需要采用复合废热回收装置来利用废热，体积大，质量重，只适合用于大功率的发电厂中。

燃料电池的研究发展

国内的研究现状

早在20世纪50年代，我国就开展燃料电池方面的研究，在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。政府十分注重燃料电池的研究开辟，陆续开辟出30kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特殊是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展，相继开辟出60kW、75kW等多种规格的质子交换膜燃料电池组。开辟出电动轿车用净输出40kW、城市客车用净输出100kW燃料电池发动机，使中国的燃料电池技术跨入世界先进国家行列。

国内对质子交换膜燃料电池的各个组件的开辟研究都取得了较大的发展。其中对于催化剂方面：清华大学科研人员研制出新型箱/碳电极催化剂。在电极组合件方面：北京世纪富原燃料电池有限公司开辟出横板涂敷法，在一片质子交换膜上制作多个膜电极的燃料电池，由一片质子交换膜、多个催化层和多个扩散层组成多个膜电极，由多个膜电极和多个导流板组成多个发电单元；在质子交换膜方面：清华大学研制出聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸PEMo聚偏氟乙烯溶于甲基毗咯烷酮溶剂中，将该高分子溶液加热至甲基叱咯烷酮的沸腾温度，在该温度下回流0.5?5h,温度降至90℃,然后向溶液中加入引起剂，在90℃保温1?5h后降至室温，再向溶液中加入三氯甲烷，直至不溶性固体全部沉淀，将固体取出，加引起剂，再经处理便制得此种质子交换膜。

在双极板方面：天津电源研究所研制出实用新型双极板，它包括金属板气体反应区域、气体进口、气体出口。金属板上、下面气体反应区域周围分别设有凹槽，气体进口、气体出口与气体反应区域之间分别设置有暗孔道。该设计改善了电池组的密封性，延长了其寿命，提高了性能；在电解质方面：吉林大学研制出固体复合电解质，它由基体材