简述燃料电池发展现状

燃料电池的研究现状及发展趋势

摘 要：

根据燃料电池的特点，综述了碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）的研究现状及燃料电池的发展趋势

关键词：燃料电池；研究现状；发展趋势

燃料电池是一种等温直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的发电装置燃料电池的研究开发已有近半个世纪的历史，取得了相当大的进展，技术也逐渐成熟，是一种绿色能源技术，可以同时解决节能和环境保护两大难题

一.燃料电池的研究现状

1.碱性燃料电池（AFC）

碱性燃料电池技术的发展已非常成熟，并已经在航天飞行及潜艇中成功应用国内已研制出200w氨—空气的碱性燃料电池系统，制成了1KW、10KW、20KW的碱性燃料电池，九十年代后期在跟踪开发取得了非常有价值的成果[1].

2.磷酸型燃料电池（PAFC）

美国将磷酸型燃料电池列为国家级重点科研项目进行研究开发，向全世界出售200KW级的磷酸型燃料电池，日本制造出了世界上最大的（11MW）磷酸型燃料电池国内魏子栋等人进行 （ ）／氧还原电催化剂的研究上，并提出了 ／ 对 的锚定效应 熔融碳酸盐燃料电池（

主要是在美国、日本、和西欧研究和利用较多， 外公用管道型熔融碳酸盐燃料电池已经问世，在解决 的性能衰减和电解质迁移方面已取得突破我国已将 正式列入国家“九五”攻关计划，已研制出 的熔融碳酸盐燃料电池

固体氧化物燃料电池（

目前已开发了管式、平板式［］和瓦楞式等多种结构形成的固体氧化物燃料电池，这种燃料电池被称为第三代燃料电池国内大都处于

的基础研究阶段

质子交换膜燃料电池

是继 、 、 、 之后正在迅速发展起来的温度最低、比能最高、启动最快、寿命最长、应用最广的第五代燃料电池，它是为航天和军用电源而开发的国内研制具有代表性的是利用 技术积累全面开展

各种燃料电池简述

1.碱性燃料电池（AFC）

AFC是以碱性溶液为电解质，将存在于燃料和氧化剂中的化学能直接转化

为电能的发电装置，是最早获得应用的燃料电池，由于其电解质必须是碱性溶液，

因此而得名碱性燃料电池。氢氧化钠和氢氧化钾溶液，以其成本低，易溶解，腐

蚀性低，而成为首选的电解液。催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和过渡金属

镍、钴、锰等。在1973年成功地应用于Apollo登月飞船的主电源，使人们看到

了燃料电池的诱人前景。具有启动快、效率高、价格低廉的优点，有一定的发展

潜力。其反应式为：

阳极： 2H2+4OH-→2 H2O +4e-

阴极： 2 H2O +O2→4OH-

总反应： 2H2+O2→2H2O

这种电池常用35%-45%的 KOH为电解液，渗透于多孔而惰性的基质隔膜

材料中，工作温度小于100℃。该种电池的优点是氧在碱液中的电化学反应速度

比在酸性液中大，因此有较大的电流密度和输出功率，但氧化剂应为纯氧，电池

中贵金属催化剂用量较大，而利用率不高。目前，此类燃料电池技术的发展已非

常成熟，并已经在航天飞行及潜艇中成功应用。国内已研制出200W氨-空气的

碱性燃料电池系统，制成了1kW、10kW、20kW的碱性燃料电池，20世纪90年

代后期在跟踪开发中取得了非常有价值的成果。发展碱性燃料电池的核心技术是

要避免二氧化碳对碱性电解液成分的破坏，不论是空气中百万分之几的二氧化碳

成分还是烃类的重整气使用时所含有的二氧化碳，都要进行去除处理，这无疑增

加了系统的总体造价。此外，电池进行电化学反应生成的水需及时排出,以维持水

平衡。因此，简化排水系统和控制系统也是碱性燃料电池发展中需要解决的核心

技术。

2.磷酸型燃料电池（PAFC）

PAFC自20世纪60年代在美国开始研究一来，由于操作温度低，耐CO中

毒能力强等特点，得到了优先发展，是目前技术成熟、发展最快的燃料电池。 PAFC是一种以磷酸为电解质的燃料电池。采用重整天然气作燃料，空气做

燃料电池发展现状及前景

燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。

1 燃料电池的特点

（1）能量转化效率高。效率高达50%一60%，通过对余热的二次利用，总效率可高达80%一85%。

（2）无污染，可实现零排放。工作过程的唯一产物是水。

（3）效率随输出变化的特性好。部分功率下运行效率可达60%，短时过载能力可达到200%的额定功率。

（4）运行噪声低，可靠性高。无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。

（5）构造简单，便于维护保养。模块化结构，组装和维护方便；没有运动部件，磨损之类故障少。

（6）燃料（氢气）来源广泛。制备方法多样，可通过石油、甲醇等重整制氢，也可通过电解水、生物制氢等方法获取氢气。

（7）燃料补充方便。可以采用甲醇等液体为燃料，利用现有的加油站系统，采用与汽车加油大体相同的燃料补充方式短时间内完成燃料的补充。

（8）环境适应性强。它的功率密度高、过载能力大、可不依赖空气，因此可两栖使用，适应多种环境及气候条件。

2 燃料电池发展现状

在日本，日本经济产业省前几年就对燃料电池汽车开发与推广制定了时间表，其战略目标是：到2010年，日本使用的燃料电池汽车达到5万辆；2020年达到500万辆；到2030年，要全面普及燃料电池汽车。近期，日本又计划在5年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技。

各种燃料电池简述

1.碱性燃料电池（AFC）

AFC是以碱性溶液为电解质，将存在于燃料和氧化剂中的化学能直接转化

为电能的发电装置，是最早获得应用的燃料电池，由于其电解质必须是碱性溶液，

因此而得名碱性燃料电池。氢氧化钠和氢氧化钾溶液，以其成本低，易溶解，腐

蚀性低，而成为首选的电解液。催化剂主要用贵金属铂、钯、金、银和过渡金属

镍、钴、锰等。在1973年成功地应用于Apollo登月飞船的主电源，使人们看到

了燃料电池的诱人前景。具有启动快、效率高、价格低廉的优点，有一定的发展

潜力。其反应式为：

阳极： 2H2+4OH-→2 H2O +4e-

阴极： 2 H2O +O2→4OH-

总反应： 2H2+O2→2H2O

这种电池常用35%-45%的 KOH为电解液，渗透于多孔而惰性的基质隔膜

材料中，工作温度小于100℃。该种电池的优点是氧在碱液中的电化学反应速度

比在酸性液中大，因此有较大的电流密度和输出功率，但氧化剂应为纯氧，电池

中贵金属催化剂用量较大，而利用率不高。目前，此类燃料电池技术的发展已非

常成熟，并已经在航天飞行及潜艇中成功应用。国内已研制出200W氨-空气的

碱性燃料电池系统，制成了1kW、10kW、20kW的碱性燃料电池，20世纪90年

代后期在跟踪开发中取得了非常有价值的成果。发展碱性燃料电池的核心技术是

要避免二氧化碳对碱性电解液成分的破坏，不论是空气中百万分之几的二氧化碳

成分还是烃类的重整气使用时所含有的二氧化碳，都要进行去除处理，这无疑增

加了系统的总体造价。此外，电池进行电化学反应生成的水需及时排出,以维持水

平衡。因此，简化排水系统和控制系统也是碱性燃料电池发展中需要解决的核心

技术。

2.磷酸型燃料电池（PAFC）

PAFC自20世纪60年代在美国开始研究一来，由于操作温度低，耐CO中

毒能力强等特点，得到了优先发展，是目前技术成熟、发展最快的燃料电池。 PAFC是一种以磷酸为电解质的燃料电池。采用重整天然气作燃料，空气做