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2024年是燃料电池行业发展的重要一年。
在这一年里，燃料电池技
术进一步成熟，市场规模继续扩大。
本报告将对2024年燃料电池行业的
发展状况进行深入分析。
首先，2024年燃料电池行业仍然面临一些挑战。
首先是成本问题。
燃料电池的制造成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。
其次是燃料
电池系统的稳定性和寿命问题，目前还没有找到一个解决方案。
再次是氢
气供应的问题，目前氢气供应仍然不够充分，限制了燃料电池汽车的发展。
然而，2024年燃料电池行业仍然取得了一些重要的进展。
首先是在
政策支持方面。
2024年，中国政府出台了一系列扶持燃料电池发展的政策，包括财政补贴、免征购置税等，为燃料电池行业提供了良好的政策环境。
其次是在技术创新方面。
2024年，燃料电池技术进一步成熟，系统
效率和使用寿命得到了提高。
再次是在市场推广方面。
2024年，燃料电
池汽车的销量继续增长，市场规模逐渐扩大。
除了中国，其他国家和地区也在推动燃料电池行业的发展。
例如，日
本在2024年继续扩大了燃料电池汽车的销售规模，韩国、美国等国家也
在加大燃料电池技术研发和市场推广的力度。
全球燃料电池市场规模预计
在2024年将达到100万辆以上。
总之，2024年是燃料电池行业发展的重要一年。
尽管面临一些挑战，但燃料电池行业仍然取得了一些重要的进展。
随着政策支持的加大和技术
创新的推进，燃料电池行业有望继续保持良好的发展势头，为环境友好型
能源提供更多可持续的解决方案。
燃料电池技术的发展现状与未来趋势近年来，燃料电池技术备受关注并呈现快速发展的趋势。
燃料电池是一种将氢气与氧气反应产生电能的装置，其优势在于高效能、环保以及可再生能源的利用。
本文将探讨燃料电池技术的发展现状以及未来的发展趋势。
首先，我们来看燃料电池技术的发展现状。
当前，燃料电池技术已经应用于多个领域，尤其是交通运输和工业生产中的能源供应。
例如，一些汽车制造商已经开始推出燃料电池车型，并在市场上取得了一些成功。
此外，燃料电池也被广泛应用于无人机和船舶等领域，替代传统的能源供应方式。
然而，燃料电池技术还面临一些挑战和限制。
首先是氢气的储存和输送问题。
氢气具有极高的能量密度，但却是一种非常轻且易挥发的气体，这给储存和输送带来了一定的困难。
其次是成本问题，当前燃料电池技术的成本较高，制约了其在大规模应用中的推广。
此外，现有的燃料电池还存在寿命短、耐久性差等问题，需要进一步的改进和研究。
然而，尽管面临这些挑战，燃料电池技术依然呈现出良好的发展前景。
在未来几年，燃料电池技术有望迎来突破性的进展。
首先，随着能源危机的日益严重，替代传统燃料和能源的需求会越来越大。
燃料电池作为一种绿色环保的能源供应方式，将有望成为未来能源产业的重要组成部分。
其次，随着科技的进步和投资的加大，燃料电池技术的研究和开发速度也会进一步加快。
目前，科研机构和相关企业正在加大对燃料电池技术的投入，并进行了大量的实验和试验。
这些实验不仅有助于改进现有的燃料电池技术，还可能促进新型燃料电池的研发和应用，进一步推动技术的革新和提升。
最后，燃料电池技术的发展还受益于国际合作和政策支持。
在全球范围内，越来越多的国家开始重视燃料电池技术的发展，并采取了一系列的政策措施来鼓励相关研究和应用。
这种国际合作和政策支持将为燃料电池技术的发展提供有力保障，带来更为广阔的市场空间和发展机遇。
综上所述，燃料电池技术作为一种高效能、环保和可再生能源利用的方式，将在未来发展中发挥重要作用。
根据最新的市场研究，2024年燃料电池行业将继续呈现稳步增长的态势。
燃料电池作为一种高效、环保的能源技术，在能源领域具有巨大的潜力。
本报告将对2024年燃料电池行业进行深度研究。
首先，我们对燃料电池市场进行了细致的分析。
随着环保意识的增强，全球对新能源的需求不断增加，燃料电池作为一种清洁能源，市场需求量将继续增长。
尤其是在交通运输领域，燃料电池汽车逐渐取代传统燃油汽车，成为发展的趋势。
此外，燃料电池在家庭能源供应、移动电源等领域也有广阔的应用前景。
然后，我们对燃料电池技术进行了详细的评估。
目前，燃料电池的主要技术包括质子交换膜燃料电池(PEFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)等。
通过对比各种燃料电池技术的优缺点，我们认为质子交换膜燃料电池将成为主流技术，其具有高效率、低温启动、低污染等优势。
接着，我们对燃料电池行业的发展环境进行了分析。
政策对于燃料电池行业的发展起到了至关重要的作用。
政府对燃料电池的技术研发、生产制造、市场推广等方面提供了一系列的支持政策，从而促进了燃料电池行业的快速发展。
此外，能源供应、基础设施建设、市场需求等都是影响燃料电池行业发展的重要因素。
最后，我们对燃料电池行业的发展趋势进行了展望。
在技术方面，燃料电池的效率将得到进一步提升，新材料和新工艺的应用将加速技术的发展。
在市场方面，燃料电池汽车将逐渐普及，并进一步扩大应用领域。
此外，燃料电池的成本也将不断下降，使其更加具有竞争力。
综上所述，2024年燃料电池行业将继续保持良好的发展态势。
燃料电池作为一种清洁、高效的能源技术，将在交通运输、家庭能源供应、移动电源等领域得到广泛应用。
随着技术的不断创新和政策支持的加大，燃料电池行业有望取得更大的突破和发展。
燃料电池的应用现状和未来发展方向燃料电池（Fuel cell）被认为是一种革命性的能源转换技术，可以直接将燃料（通常为氢气）和氧气在没有燃烧的情况下，通过化学反应产生电能，并且只产生水和热作为副产品。
由于其高能量密度、环保清洁和高效能等优势，燃料电池被广泛研究和应用于各个领域，包括交通运输、家庭能源、航空航天和移动通信等。
本文将介绍燃料电池的应用现状以及未来的发展方向。
一、燃料电池的应用现状1. 交通运输领域燃料电池在交通运输领域的应用是其最为重要的领域之一。
目前，燃料电池汽车已经进入商业化阶段，且持续发展。
例如，丰田汽车的Mirai、日产汽车的e-NV200 FCV和本田汽车的Clarity等燃料电池汽车已经在市场上销售。
这些汽车通过燃料电池将氢气转化为电能，驱动电动机工作，实现了零排放和长续航里程的特点。
此外，燃料电池也被应用于公交车、货车和火车等公共交通工具中，以实现环保清洁的运输方式。
2. 家庭能源领域随着能源危机的日益严重和环境意识的增强，人们对于可持续能源的需求不断增加。
燃料电池被看作是一种有效的家庭能源解决方案。
家用燃料电池系统可以将天然气等燃料转化为电能供家庭使用，同时还能提供热能用于供暖和热水。
这种系统不仅能够减少对传统能源的依赖，还能降低碳排放和室内空气污染。
3. 航空航天领域燃料电池在航空航天领域的应用也引起了广泛关注。
相比传统的燃油动力系统，燃料电池可以提供更高的能量密度和更低的重量，从而提高飞机的性能和航程。
燃料电池在无人机、卫星和宇航器上的应用已取得了一定的成果，为航空航天技术和探索提供了新的突破。
4. 移动通信领域移动通信设备的使用急剧增加，对于高能量密度和长续航时间的需求也越来越大。
燃料电池被广泛探索作为移动通信设备的电源解决方案。
例如，燃料电池可以用于手机、平板电脑和笔记本电脑等便携式设备，以延长电池的使用时间和提高使用体验。
燃料电池技术的不断发展为移动通信领域带来了更大的潜力。
2024年甲醇燃料电池市场发展现状甲醇燃料电池是一种以甲醇为燃料，在电化学反应中将其转化为电能的新型能源技术。
随着能源需求的增长和环境污染问题的日益严重，甲醇燃料电池作为一种高效、清洁的能源转化技术，在能源领域受到了广泛关注。
本文将介绍2024年甲醇燃料电池市场发展现状。
1. 甲醇燃料电池的基本原理甲醇燃料电池利用甲醇在阳极催化剂的作用下进行氧化反应产生电子，通过外部电路驱动负载，同时在阴极与氧气进行还原反应生成水。
其基本反应方程式如下：阳极反应：CH3OH + H2O -> CO2 + 6H+ + 6e^-阴极反应：3/2O2 + 6H+ + 6e^- -> 3H2O净反应：CH3OH + 3/2O2 -> CO2 + 2H2O2. 甲醇燃料电池的市场应用甲醇燃料电池作为一种高效、环保、可再生的能源技术，具有广泛的市场应用前景。
目前，甲醇燃料电池主要应用于以下领域：2.1 便携式电力甲醇燃料电池可以作为一种便携式电力来源，在户外野营、移动办公等场合提供电能支持。
其高能量密度和长时间供电特性，使其成为便携式设备的理想选择。
2.2 交通运输甲醇燃料电池在交通运输领域应用广泛。
它可以作为燃料源供应电动汽车，实现汽车的零排放运行。
同时，甲醇燃料电池具有快速加注、长续航里程等优点，有望成为未来交通运输领域的主流能源技术。
2.3 工业能源甲醇燃料电池在工业能源领域具有广阔的应用前景。
它可以作为一种清洁、高效的能源来源，为工业生产提供电力支持。
与传统燃烧方式相比，甲醇燃料电池能够减少大量的二氧化碳和有害气体的排放，有利于环境保护和可持续发展。
3. 2024年甲醇燃料电池市场发展现状目前，甲醇燃料电池市场正在快速发展。
随着技术的不断突破和成本的不断降低，甲醇燃料电池的商业化应用逐渐展开。
以下是2024年甲醇燃料电池市场发展现状的主要特点：3.1 技术创新在甲醇燃料电池技术领域，不断有新的科研成果和技术创新涌现。
燃料电池市场前景分析引言燃料电池作为一种新兴的清洁能源技术，具有高能量转换效率、低碳排放、无污染等优点。
随着全球对环境保护的关注逐渐增强，燃料电池市场前景备受瞩目。
本文将对燃料电池市场前景进行分析，探讨其发展趋势和面临的挑战。
1. 燃料电池市场概况燃料电池市场主要分为汽车领域、能源领域和移动设备领域。
当前，汽车领域是燃料电池市场的主要应用领域，而能源领域和移动设备领域的应用还相对较少。
全球燃料电池市场规模不断扩大，预计未来几年将保持快速增长。
2. 燃料电池市场发展趋势2.1 汽车领域随着环保意识的提高，汽车行业正逐渐向电动化转型。
燃料电池汽车作为一种可持续发展的交通工具，具有零排放和长续航里程的优点，因此在未来几年有望取得较大的市场份额。
不仅传统汽车制造商纷纷投入燃料电池汽车的研发与生产，也有不少新兴企业加入到这一领域。
2.2 能源领域燃料电池在能源领域的应用也具有广阔的市场前景。
随着可再生能源的快速发展，如太阳能和风能等，燃料电池可作为能源的存储和转换设备，用于解决可再生能源的不稳定性和间歇性问题。
此外，燃料电池还可以用于工业生产过程的能源供应，如氢气燃料电池用于供应工厂的电能。
2.3 移动设备领域移动设备领域的应用是燃料电池市场的另一个潜在增长点。
由于移动设备的电池续航时间短，用户对于电池寿命的要求逐渐提高。
燃料电池作为一种高能量密度和长续航里程的能源供应方式，被认为是未来移动设备领域的主要发展方向。
3. 燃料电池市场面临的挑战3.1 技术挑战目前，燃料电池技术仍存在一些技术挑战。
例如，燃料电池的寿命和稳定性需要进一步提高，燃料电池堆的成本也较高。
此外，燃料电池的厂商数量较少，市场竞争程度较低，这也限制了燃料电池市场的发展。
3.2 基础设施建设燃料电池汽车的普及需要配套的加氢站进行加氢，然而目前加氢站的建设相对滞后。
此外，加氢站的建设成本较高，也对燃料电池汽车的推广产生了一定的影响。
3.3 法律政策和市场环境燃料电池的发展还面临法律政策和市场环境的不确定性。
2024年燃料电池电堆市场发展现状引言燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其具有高效能转换、无污染、低噪音、可再生等优点，在目前的能源转型和环境保护的背景下，逐渐成为重要的能源选择之一。
而燃料电池电堆则是燃料电池的核心组件，其市场发展状况直接影响着整个燃料电池产业的发展。
国际市场发展现状随着全球对清洁能源需求的增加，燃料电池电堆市场发展呈现出良好的势头。
日本、美国和欧洲等发达国家是燃料电池电堆市场的主要推动者。
其中，日本在燃料电池技术研究和产业化方面处于领先地位，并在交通运输、家庭能源以及企业应用等领域取得了一定的市场成果。
美国在燃料电池车辆和能源产业方面也有较大的投资，取得了一系列商业化的成果。
欧洲国家则在能源政策和法规方面给予了一定的支持，推动了燃料电池电堆市场的发展。
国内市场发展现状我国在燃料电池电堆领域也取得了一定的进展，成为全球燃料电池产业发展的重要市场之一。
近年来，我国政府出台了一系列的政策和规划文件，支持燃料电池产业发展，助推了燃料电池电堆市场的快速增长。
特别是在交通运输、能源存储和分布式能源等领域，燃料电池电堆得到了广泛的应用。
同时，国内燃料电池电堆企业也积极加大研发和生产投入，不断提升产品性能和降低成本，取得了可喜的成果。
不过，与国际领先水平相比，我国在燃料电池电堆领域仍有差距，有待进一步提高技术水平和市场竞争力。
市场潜力与挑战燃料电池电堆市场发展具有广阔的潜力，但也面临一些挑战。
首先，燃料电池电堆的成本较高，需要进一步降低成本才能普及应用。
其次，燃料电池电堆的可靠性和耐久性还有待提高，需要加强研发和质量控制。
再者，燃料电池电堆的产业标准和规范尚不完善，需要加快标准化进程，提高市场准入门槛。
此外，燃料电池电堆技术的推广和应用也受到燃料供应和基础设施建设的限制，需要政府和企业共同努力解决。
发展趋势与展望未来，燃料电池电堆市场有望迎来更快的发展。
随着技术进步和规模化生产的推进，燃料电池电堆的成本将逐步下降，性能和可靠性将不断提升，市场竞争力将增强。
燃料电池技术发展现状与展望近年来，随着对环境保护和可再生能源的需求日益增加，燃料电池技术成为了热门话题。
燃料电池是一种通过将氢气和氧气转化为电能的技术，不仅可以代替传统的化石燃料，同时也可以减少环境污染和气体排放。
本文将探讨燃料电池技术的发展现状和未来展望。
一、燃料电池的种类目前，常见的燃料电池主要有 PEMFC、SOFC、PAFC 和 MCFC 等。
PEMFC是最为流行的燃料电池，它使用质子交换膜将氢气和氧气转化为水和电能。
SOFC是一种高温燃料电池，可在高温下使用各种燃料。
PAFC 和 MCFC 燃料电池都是传统的燃料电池类型，它们使用多段反应堆将燃料转化为电能。
二、燃料电池技术的发展现状1. 技术成熟度燃料电池技术已经被证明是可行的，并且已经在一些商业领域得到了广泛应用。
例如，汽车制造商已经开始将燃料电池作为可替代化石燃料的选择。
同时，燃料电池也在船舶、火箭和航空器等领域得到了广泛应用。
2. 成本问题燃料电池的成本仍然是制约其发展的主要因素之一。
尽管燃料电池的成本正在逐渐下降，但是与传统汽车的成本相比仍然较高。
汽车制造商正在努力优化燃料电池的设计，并寻找更便宜的材料来减少成本。
3. 能源密度问题虽然燃料电池可以提供清洁能源和减少污染，但是其能源密度仍然较低。
这意味着需要更多的电池才能提供同样的能量，从而增加了体积和重量。
三、燃料电池技术的未来展望1. 投入更多研究和开发随着对环境保护和可再生能源需求的不断增加，人们将会投入更多的研究和开发资源来改进燃料电池技术。
这将有助于降低燃料电池成本、提高其能源密度和增强其可靠性。
2. 提高燃料电池的效率改进燃料电池的结构和设计可以提高其效率，降低它们的成本。
同样，使用更好的材料也可以提高燃料电池性能和工作效率。
3. 多用途应用燃料电池的多用途应用使其更加具有前途。
这种技术可以在不同的领域使用，包括交通、工业和住房等多个领域。
未来，燃料电池可以成为家庭储能和城市能源系统的重要部分。
2024年，燃料电池技术是世界上最受重视的可再生能源，各大国家
和区域都在加大对此技术的投资，各种政策措施陆续落地，进一步促进了
燃料电池技术的发展，促进了环境友好的低碳发展。
一、燃料电池技术研发加速
2024年，在终端政策支持和技术投入的推动下，燃料电池技术的研
发加速。
诸如燃料电池组件的发展，车辆电池的研发，燃料电池发电机组
的发展，特别是燃料电池驱动系统的研发都取得了长足进步。
二、燃料电池政策支持不断完善
为了推动燃料电池技术的发展，2024年，许多国家和区域都释放了
大量的政策支持，进一步加强了对燃料电池行业的支持。
其中，日本政府在2024年推出了新一轮的发展政策，目的是以激励
措施进一步推动燃料电池技术的发展，政府将投入大量资金支持相关企业，以减少制造成本，推动燃料电池技术成熟应用。
此外，欧盟也出台了一系列支持燃料电池技术发展的政策，包括财政
补贴、行政许可、贸易支持等，大力推动技术研发和产业化发展。
燃料电池的技术现状和发展趋势燃料电池是一种无污染、高效能的能源转化设备，近年来得到了越来越多的关注和应用。
本文将围绕燃料电池的技术现状和发展趋势，从以下三个方面进行介绍。
一、燃料电池的技术现状燃料电池是一种能够将氢气、甲烷等可再生能源转化为电能的装置，也可以利用能源颗粒，如氢离子、氧化物离子等，在经过化学反应后产生电能。
据统计，目前已经研制出多种类型的燃料电池，并投入了大量的应用。
一般来说，燃料电池主要包括固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、直接甲醇燃料电池等几种类型。
其中，PEM燃料电池是目前最为成熟、商业化应用最广泛的燃料电池类型之一，其具有体积小、质量轻、响应速度快等优点。
二、燃料电池的发展趋势（1）实现规模化、商业化应用尽管燃料电池技术的研究已经有了很长时间，但是其应用仍然非常有限。
未来，燃料电池仍然需要从实验室走向市场，实现规模化生产，并被广泛运用于汽车、铁路、海运等领域。
（2）持续提高燃料利用率和能量效率燃料电池的燃料利用率和能量效率是影响其应用价值的重要参数。
因此，未来燃料电池厂商应当继续强调技术改进，不断提高电池的燃料利用率和能量效率。
（3）开发新型催化剂在燃料电池的运行过程中，催化剂是十分重要的因素。
因此，开发新型催化剂，提升燃料适用能力和普适性，已成为燃料电池技术领域的新任务。
三、燃料电池的优缺点（1）优点① 燃料电池可以利用多种化学能源进行转化，具有能源利用效率高、效能高的特点。
其转换效率可达50%以上。
② 燃料电池不需要燃烧，因此排放无害物质，而且还可以减少有害气体的排放。
③ 燃料电池拥有体积小、质量轻、响应速度快等优点，因此在汽车、铁路、海运等领域具有广泛的应用前景。
（2）缺点① 燃料电池制造成本高，封装要求严格，还需要维护大量设备。
② 燃料电池塑料薄膜等零部件的封装性能、生长性高，需要不断地加强研发。
综上所述，燃料电池的技术现状和发展趋势十分值得我们关注。
2002年第8～9合期 中学化学教学参考总第228～229期 吴国庆教授专栏燃料电池的最新发展①北京师范大学化学系 吴国庆 文章编号:100222201(2002)0820010205中图分类号:G 633.8文献标识码:A①本文部分内容以石磬为笔名在《国外科技动态》2001年第9期上发表过,题为〈微型燃料电池行将进入千家万户?〉;本文的素材是2001年全国化学竞赛初赛试题第12题的基础。
什么是燃料电池?你听说过燃料电池吗?它既不是蓄电池(如现今被通俗地叫做“电瓶”的汽车里的铅蓄电池),也不是干电池(如能充电或不能充电的锌锰电池、锂电池、镍氢电池等等),更不是太阳能电池,本质上是一种发电装置,它的两个电极源源不断地从外界吞进氢气、甲烷、甲醇等通常的燃料和空气(或纯氧),在两个电极上分别发生化学反应,同时向外电路(负载)发送电能。
例如,图1,2分别是以丁烷和氢气为燃产的燃料电池工作示意图。
图1 以丁烷为燃料的燃料电池的示意图图2 以氢气为燃料的电池的示意图请由下而上考察图1:空气进入电池正极,同时从外电路抽提电子,空气中的氧气在电极上发生还原反应变成氧离子;能传导离子的固体电解质将正极产生的氧离子传递到负极;燃料进入负极,在负极上发生丁烷与氧离子结合生成二氧化碳和水的同时向外电路释放电子的化学反应。
图2是更成熟的氢氧燃烧电池,与图1的装置不同的是,燃料是氢气,在电解质里传导的是氢离子(质子),向外界只排放水。
燃料电池跟普通电池一样,是通过电化学反应产生电流,但却有根本的区别:一旦工作,电流稳定,无须充电;因为它不像普通电池那样,反应物和生成物是封存在电池里的,而是反应物源源不断地进入电池,生成物源源不断排出电池。
因此,它表观上很像火力发电装置(如蒸气透平),是一个发电装置。
应该正确理解燃料电池:燃料电池跟火力发电机有什么不同?主要差别就在于其产生电能的原理不同。
火力发电机也用燃料,但它发电分两步,第一步是燃料燃烧,产生热能,第二步是热能机械驱动发电装置,产生电能。
而燃料电池使用燃料直接产生电能,决非燃料燃烧产生热能再转化为电能。
简单说,火力发电和燃料电池同样得到电能,但前者是间接的,后者是直接的。
根据热力学原理,火力发电受热功转化效率制约,燃料的能量利用率很低,而燃料电池是直接产生电流,不受热功转化效率制约,燃料的能量利用率至少要大一倍。
同样的道理,燃料电池驱动电动机的电动汽车跟传统的使用内燃机驱动的汽车在能量利用效率上也是至少要高一倍。
这是车载燃料电池的电动汽车得以迅速发展的根本原因。
燃料资源越来越匮乏,越来越贵,提高燃料利用率当然是首当其冲的。
常见到报刊文章报道车载燃料电池只强调它对环境友好,例如氢氧燃料电池,只排放水,不排放污染空气的二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、臭氧以及碳(烟)等固体废弃物,但这只是燃料电池得以发展的原因之一而已,更重要的原因却是提高能源利用率。
上例给出的以丁烷为燃料的燃料电池,眼下更热的是以甲醇为燃料,仍然会向环境释放二氧化碳,但不会因此放弃研制的努力,原因还是能源利用率是首要的。
燃料电池发展小史距今200年的18世纪～19世纪之交,化学就与电结缘了。
用化学反应产生电流的电池和用电流输送的电能发生化学变化两件事几乎是同时发展着的。
电池发端于意大利生理学家珈伐尼偶然发现带电的解剖刀可以使青蛙肌肉抽搐。
随后,意大利物理学家伏打(电压的单位伏特源自他的姓)于1800年发明能够产生稳定电流的“伏打电堆”。
早在19世纪初,电化学开山鼻祖英国人戴维就已经提出了燃料电池的基本设想。
1839年英国人格拉夫就证实了戴维的想法,发明了最早的氢-氧燃料电池。
相比之下,最早的干电池(酸性锌锰电池)晚至1860年才由法国人勒克郎榭(G eorge Leclanche)发明。
可是,由于用蒸气驱动涡轮机切割磁力线产生电流的火力发电装置在19世纪中叶开始雨后春笋似的遍地开花,燃料电池的概念几乎被人完全抛弃了。
1970年左右,古老的燃料电池概念得以新生。
它首先被用在双子星座号宇宙飞船上。
电池使用氢气为燃料,在电池里发生氢气和氧气化合生成水的反应,向飞船提供电能,反应的产物———水还被收集起来,供宇航员饮用。
几乎在同时,有人开始试验在一些办公大楼里装配大型氢氧燃料电池,向大楼供电。
进入90年代,人们开始考虑将燃料电池用于汽车,把内燃机汽车改为电动汽车。
随后,在运输工具上装配燃料电池的设计越来越多,大至飞机、大巴、小至摩托车、电动自行车,都试着装配燃料电池。
车载燃料电池最热火。
1995年,零排放车载燃料电池被美国《时代》杂志列为21世纪改变人类生活的十大高新科技之首。
据杜邦公司估计,到2002年需求量为100亿美元。
各大汽车制造商已经纷纷推出燃料电池电动汽车,其代表是加拿大的巴拉德、美国福特、德国戴姆勒-克莱斯勒联盟。
1993年巴拉德公司研制出全球第一辆质子交换膜燃料电池公共汽车。
1998年它向温哥华和芝加哥提供了6辆燃料电池公共汽车。
前年,美国通用公司向2000年悉尼奥运会提供了液氢燃料电池,被誉为千年奥运绿色使者。
去年10月这位使者还光临北京展示魅力。
前不久,在我国举办的燃料电池技术验收会上,展示了我国第一辆具有自主知识产权的燃料电池电动汽车。
它由中科院大连化物所提供30千瓦质子交换膜,中科院电工所提供电气系统,东风汽车研究所进行整车设计。
尽管相当原始,其性能已使传统燃油汽车望尘莫及。
预测2008年北京奥运会可能会出现中国自己生产的燃料电池汽车,作为马拉松领跑车和电视拍摄车,以体现绿色奥运的理念。
据报道,在未来20年里,全球汽车的总量会增加一倍,这自然为车载燃料电池提供了市场。
按最乐观的市场需求估算,到2004年,将有40000辆燃料电池电动汽车上路,到2010年,上升为100万辆,每年将在世界各地售出6000辆。
不过,这种预测变成现实在价格问题上存在巨大障碍,据报道,目前每辆巴拉德燃料电池大巴的售价为140万美元,汽车配件、维修、培训等相关费用还得加上160万美元,而为获得足够的氢气,设置加气站,取得运行许可还需约100万美元。
因此,就目前而言,燃料电池汽车从研究走向应用,还有许多困难需要克服。
燃料电池微型化—谈何容易正在开发的微型燃料电池主要用于需电量很大的手机、手提计算机、摄像机、数码相机等等家用便携式电器,当然,也有为低电量的微型传感器等使用的设计。
燃料电池行将越来越微型化,大有闯入平民百姓千家万户的发展颈头。
人们对微型燃料电池感兴趣,原因是多方面的:燃料电池不需要充电也不需要为充电花费时间;换一个燃料罐不到1分钟,正像通常换节电池一样;燃料罐里存的是燃料,不像普通电池那样有存放时间,过期不用会作废,它那样简单保险,甚至可以在街头报摊上出售;还有,若以氢为燃料,电池仅释放对环境无害的水;而且,燃料电池的电流比通常的电池稳定得多,而更重要的是,燃料电池具有一般电池无可比拟的高电容量(电量/质量比),简单地说,是质轻而电足。
而传统电池的物理性能却决定了它已经到了极限,不能满足高用电量的未来便携式电子器件对电力的需求了。
为提供一个微型电子器件所需的电力,配备一个比它大几倍重几倍的电池,这如何能容忍?这样理解,才会把微型燃料电池理解为一种“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村”的情景。
据报道,最好的传统电池可提供的电力是300瓦小时/千克(Wh/kg ),大多数实用传统电池仅达其一半。
美国国防部估计,到2003年,需要配置在便携式军用电子器具上的电池应当达到1000Wh/kg ,到2006年需上升到3100Wh/kg 。
韩国三星电子集团估计,下一代便携式计算机、手机、“掌上宝”等电子器具所需电力为500Wh/kg ,当今最好的锂电池也达不到此值。
燃料电池是解决高电容量需求的救星。
这就难怪各方如此热衷于燃料电池微型化了。
听起来多么美好。
然而,燃料电池微型化,谈何容易!每年出售的传统电池数达几十亿只,而任何商场货架上和库房里连一只微型燃料电池也没有!目前最有希望微型化的燃料电池是已经十分成熟的质子膜(PEM )氢氧燃料电池。
质子膜是一种导电高分子,但它不像普通电线那样传导电子,而是传导氢离子(质子),将电池负极生成的氢离子传导到正极去与氧气化合成水。
图3是以质子膜为电解质的氢氧燃料电池的工作示意图。
图3 质子膜氢氧燃料电池中的质子膜示意图目前世界上生产质子膜的最大厂家是美国的杜邦公司,它生产的质子膜叫Nafion ,厚仅50～175μm (注:1μm =1/1000mm )。
最新的质子膜燃料电池中,膜两侧紧贴着的是由高度分散在碳粒上的铂形成的电极,碳粒直径10nm ,铂膜厚度50μm ,其颗粒直径约2nm (注:1nm =1/1000μm )。
整个燃料电池是多层结构,像维夫饼干,由许多如图4所描述的薄层电池叠合而成,而电池的最外层是高密度石墨制作的电极。
铂在电池中扮演的角色是催化剂,没有它,电极上的反应将慢得不可忍受,无法满足正常供电的需要。
跟最早用于双子星座宇航飞船的铂用量比较,新型氢氧燃料电池的铂用量已经少得很了。
双子星座宇航飞船燃料电池的每平方厘米电极需要使用35mg 铂,目前不使用碳支持介质的铂电极每平方厘米仅需4mg 铂,用了碳基质后,已经降低到每平方厘米0.1～0.2mg 铂,这样已足能得到安培级的电流!如图3的单一电池的电压为0.7V ,实际输出的电压可以按需求用电池的层数来调节。
图4 维夫饼干似的多层燃料电池示意图这种燃料电池确实很理想,很令人惊叹,但成本太高,价格肯定不菲。
目前用可充电电池获得1千瓦小时的电需要花费1万美元,相比之下,柴油发电机获得1千瓦小时的电才50美元,燃料电池无论如何不能比可充电电池贵。
前面说过燃料电池汽车的售价,微型化的燃料电池,按供电量计算,决不会更便宜。
氢氧燃料电池微型化还存在氢的储存方式问题。
尽管美国俄亥俄州克利夫兰大学的Wainright 博士说,氢氧燃料电池是容易微型化的,只需对供给氢气的系统加压即可。
可是,把一个高压氢气罐存放在衣服口袋里,一个普通百姓无论如何也是接受不了的。
目前有许多研究机构正在解决微型燃料电池的各种难题。
一是想出更好的可循环使用的储氢材料代替氢气;二是制造出价格便宜的质子膜来代替杜邦公司的Nafion ,或者干脆使用其他传导离子的电解质,如液态电解质,就像目前许多干电池使用的氢氧化钠一样;三是制造出代替贵金属铂的电极反应催化剂;四是干脆放弃氢气,用其他燃料代替氢气;最后,设计出新结构,整体性地解决这些难题。
近年来,以上每个方面的进展都有大量报道。
有没有其他方法储存氢气呢?有。
方法之一是把氢以化合态形式储存在一类叫做金属氢化物的化合物里。
这种储氢法的效率极高。
图5对比了以各种不同的方式储存15g 氢气所需材料的体积(包括储罐在内)。
