氢燃料电池项目介绍.pdf

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。

1.1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。

1.2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℃。

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

催化剂铂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，而且铂的价格很高，

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。

1.3燃料电池的研究发展

1.3.1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40

kW、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

新型铂/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PEM。聚偏氟乙烯溶于甲基吡咯烷酮溶剂中，将该高分

子溶液加热至甲基吡咯烷酮的沸腾温度，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