燃料电池的运用
军事上的运用
军事运用应该是燃料电池最首要,也是最适合的商场。高效,多面性,运用时刻长,以及安静的作业,这些特色极适合于军事作业对电力的需求。燃料电池能够以多种形状为绝大多数军事设备,从战场上的移动手提配备到海陆运送供给动力。
在军事上,微型燃料电池要比一般的固体电池具有更大的优越性,其增加的运用时刻就意味着在战场上勿需费事的备品供给。此外,关于燃料电池而言,增加燃料也是垂手可得的作业。
相同,燃料电池的运送效能能极大地削减活动进程中所需的燃料用量,在进行下一次加油之前,车辆能够行进得更远,或在悠远的区域活动更长的时刻。这样,战地所需的支撑车辆、人员和配备的数量便能够明显的削减。自20世纪80年代以来,美国海军就运用燃料电池为其深海探究的船舶和无人潜艇供给动力。
移动设备上的运用
随同燃料电池的日益开展,它们正成为不断增加的移动电器的首要动力。微型燃料电池因其具有运用寿命长,重量轻和充电便利等长处,比惯例电池具有得天独厚的优势。
假如要使燃料电池能在膝上型电脑,移动电话和摄录影机等设备中运用,其作业温度,燃料的可用性,以及快速激活将成为人们考虑的首要参数,现在大多数研讨作业均会集在对低温质子交流膜燃料电池和直接甲醇燃料电池的改善。正如其称号所示,这些燃料电池以直接供给的甲醇-水混合物为根底作业,不需求预先重整。
运用甲醇,直接甲醇燃料电池要比固体电池具有极大的优越性。其充电只是触及从头增加液体燃料,不需求长时刻地将电源插头插在外部的供电电源上。当时,这种燃料电池的缺陷是用来在低温下生成氢所需的白金催化剂的本钱比较贵重,其电力密度较低。假如这二个问题能够处理,应该说没有什麽问题能阻挠它们的广泛运用了。现在,美国正在实验以直接甲醇燃料电池为动力的移动电话,而德国则在实验以这种动力为动力的膝上型电脑。
居民家庭的运用
关于固定运用而言,规划燃料电池的技能困难就简化得多了。虽然许多燃料电池能出产50 kW的电能,但绝大部分商业化的燃料电池现在都是用于固定的。现在,许多痕迹标明,燃料电池也可用语人们称做的居民运用(大都小于50 kW)。
低温质子交流膜燃料电池或磷酸燃料电池简直能够满意私家居户和小型企业的一切热电需求。现在,这些燃料电池还不能供小型的运用,美国,日本和德国仅有少数的家庭用质子交流膜燃料电池供给动力。质子交流膜燃料电池的动力密度比磷酸燃料电池大,但是后者的功率比前者高,且现在的出产本钱也比前者廉价。这些燃料电池应该能够为单个私家居户或几家居户供给动力,经过规划能够满意居民对动力的一切要求,或者是他们的根本负载,顶峰时的需求由电力网供给。
为了有利于该技能的运用,能够用天然气销售网作为氢燃料源。当时,许多出产商猜测在不久的将来便会呈现其它燃料源泉,这有助于进一步下降排放,加快燃料电池进入新的抱负商场。新近进入固定燃料电池商场的厂家是轿车大亨General Motors,她于2001年8月成功地开发了一种产品。
空间范畴的运用
在20世纪50年代后期和60年代初期,美国政府为了替其载人航天飞翔寻觅安全牢靠的动力,对燃料电池的研讨给于了极大的关怀和赞助,使燃料电池获得了长足的前进。
重量轻,供电供热牢靠,噪声轻,无轰动,并能出产饮用水,一切这些长处均是其它动力不行比较的。
General Electric出产的Grubb-Niedrach燃料电池是NASA用来为其Gemini航天项目供给动力的第一个燃料电池,也是第一次商业化运用燃料电池。
从20世纪60年代起,飞机制造商Pratt & Whitney赢得了为阿波罗项目供给燃料电池的合同。Pratt & Whitney出产的燃料电池是根据对Bacon专利的碱性燃料电池的改善,这种低温燃料电池是最有用的燃料电池。在阿波罗飞船中,三组电池可发作1.5 kW或2.2 kW电力,并行作业,可供飞船短期飞翔。每组电池重约114 kg,装填有低温氢和氧。在18次飞翔中,这种电池共作业10,000小时,未发作一次飞翔毛病。
在20世纪80年代航天飞机开端飞翔时,Pratt & Whitney的姊妹公司世界燃料电池公司持续为NASA供给航天飞机运用的碱性燃料电池。飞船上一切的电力需求由3组12 kW的燃料电池存储器供给,勿需备用电池。世界燃料电池公司技能的进一步开展使每个飞船上运用的燃料电池存储器能供给约等于阿波罗飞船上同体积的燃料电池十倍的电力。以低温氢和氧为燃料,这种电池的功率为70%左右,在到现在的100屡次飞翔中,这种电池共作业了80,000多个小时。
固定的运用
现在,燃料电池开发得最完善的商场要数热电的固定供给源商场。与传统的矿藏燃料比较,燃料电池的高效和低排放量使其对用户具有极大的吸引力。此外,燃料电池技能的独立性关于那些国家电网不能掩盖,或国家电网不行安稳而需求备用电力设备的区域而言,这种动力具有特别的含义。鉴于这种电池的作业温度可低达80℃,它们可安装在私家家庭,小型的商业活动场所,乃至满意大型企业活动的一切动力需求。
到现在为止,能够说现在的燃料电池出产商的注意力均会集于非居民的运用。当时仅有供给商业化燃料电池的世界燃料电池公司已在校园、办公室和银行设备安装了200多个磷酸燃料电池设备。在不久的将来,比如溶化的碳酸盐燃料电池和固态氧化物燃料电池等高温燃料电池也将用于大型的工业设备和兆瓦级的发电厂。当作业温度上升到600-1100℃时,这种高温燃料电池能够耐受氢污染源,因而能够运用未加重整的天然气,柴油,或汽油。此外,它们所发作的热能还可用来驱动增器蒸气气轮机再进行发电。
运送上的运用
当时,以内燃机供给动力的轿车已成为有害气体排放的首要排放源。在世界各地,国家和当地组织都在立法逼迫轿车制造商出产能极大极限地下降排放的车辆,燃料电池可为这种要求带来本质的机会。坐落Alberta的Pembina恰当规划研讨所指出:当一辆小车运用以天然气重整的氢为燃料的燃料电池而不必汽油内燃机时,其二氧化碳的排放量能够削减高达72%。但是,假如用燃料电池替代内燃机,燃料电池技能不只要契合立法对车辆排放的严格要求,还要能对终端用户供给相同便利灵敏的运送处理方案。驱动车辆的燃料电池有必要能迅速地到达作业温度,具有经济上的优势,并能供给安稳的功能。
应该说质子交流膜燃料电池最有条件满意这些要求,其作业温度交低,80℃左右,它们能很快地到达所需的温度。因为能迅速地习惯各种不同的需求,与内燃机的功率25%左右比较,它们的功率可高达60%。 Pembina研讨所近来的研讨标明,以甲醇为燃料的燃料电池,其燃料利用率是用汽油内燃机供给动力的车辆的1.76倍。在现有的燃料电池中,质子交流膜燃料电池的电力密度最大。当人们在车辆规划中要点考虑空间最大化时,这一要素则至关重要。别的,固态聚合物电解质能有助于削减潜在的腐蚀和安全办理问题。仅有的潜在问题是燃料的质量,为了防止在如此低温催化剂遭到污染,质子交流膜燃料电池有必要运用没污染的氢燃料。
现在,大多数车辆出产商视质子交流膜燃料电池为内燃机的后继者,General Motors, Ford, DaimlerChrysler, Toyota, Honda,以及其他许多公司都已出产出运用该技能的原型。在这一进程中,运用不同车辆和运用不同区域的实验开展顺畅,用质子交流膜燃料电池为公共轿车供给动力的实验已在温哥华和芝加哥获得成功。德国的城市也进行了相似的实验,明后二年(2002-2003),还有别的十个欧洲城市也将在公共轿车上进行实验,伦敦和加利福尼亚也将计划在小型车辆上进行实验。
在出产商能够有用地,大规模地出产质子交流膜燃料电池之前,需求处理的首要问题包含出产本钱,燃料质量,以及电池的体积。希望技能的进一步开展和扩大出产的一起效果将会运用经济的规模性而下降出产本钱。现在,人们也在对直接运用甲醇为燃料和从环境空气中获得氧的另一处理方案进行研讨,它也能够防止燃料的重整进程。