燃料电池百科知识大全

  最小的燃料电池
燃料电池燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电设备。燃料和空气别离送进燃料电池，电就被美妙地出产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的前史。

目录
1 物质简介
2 能量改变
3 前史
4 我国展开状况
5 国际展开状况
6 特色与原理
7 分类
8 发电体系
9 点评
10 经济性
11 展望
12 相关词条
13 相关链接
 燃料电池-物质简介   
燃料电池燃料电池非常杂乱，触及化学热力学、电化学、电催化、资料科学、电力体系及自动操控等学科的有关理论，具有发电功率高、环境污染少等长处。总的来说，燃料电池具有以下特色：

（1）能量转化功率高　他直接将燃料的化学能转化为电能，中心不经过焚烧进程，因而不受卡诺循环的约束。现在燃料电池体系的燃料—电能转化功率在45%～60%，而火力发电和核电的功率大约在30%～40%。

（2）有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低　CO2排放因能量转化功率高而大幅度下降，无机械振动。

（3）燃料适用范围广。

（4）积木化强　规划及设备地址灵敏，燃料电池电站占地面积小，制造周期短，电站功率可依据需求由电池堆拼装，非常便利。燃料电池不论作为会集电站仍是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常适合。

（5）负荷呼应快，作业质量高　燃料电池在数秒钟内就能够从最低功率变换到额外功率，并且电厂离负荷能够很近，然后改进了区域频率偏移和电压动摇，下降了现有变电设备和电流载波容量，削减了输变线路出资和线路丢失。

燃料电池-能量改变   

燃料电池
为了运用煤或许石油这样的燃料来发电，有必要先焚烧煤或许石油。它们焚烧时发作的能量能够对水加热而使之变成蒸汽，蒸汽则能够用来使涡轮发电机在磁场中旋转。这样就发作了电流。换句话说，咱们是把燃料的化学能改变为热能，然后把热能转化为电能。在这种双转化的进程中，许多本来的化学能糟蹋掉了。可是，燃料非常廉价，虽有这种糟蹋，也不阻碍咱们出产很多的电力，而无需贵重的费用。还有或许把化学能直接转化为电能，而无需先转化为热能。为此，咱们有必要运用电池。这种电池由一种或多种化学溶液组成，其间刺进两根称为电极的金属棒。每一电极上都进行特别的化学反响，电子不是被释出便是被吸收。

一个电极上的电势比另一个电极上的大，因而，假如这两个电极用一根导线衔接起来，电子就会经过导线从一个电极流向另一个电极。这样的电子流便是电流，只需电池中进行化学反响，这种电流就会持续下去。手电筒的电池是这种电池的一个比如。在某些状况下，当一个电池用完了今后，人们迫使电流回来流入这个电池，电池内会反过来发作化学反响，因而，电池能够贮存化学能，并用于再次发作电流。轿车里的蓄电池便是这种可逆电池的一个比如。在一个电池里，糟蹋的化学能要少得多，因为其间只经过一个进程就将化学能改变为电能。可是，电池中的化学物质都是非常贵重的。锌用来制造手电筒的电池。假如你企图运用满意的锌或相似的金属来为整个城市预备电力，那么，一天就要花本钱费数十亿美元。

燃料电池-前史   

燃料电池原理动力是经济展开的根底，没有动力工业的展开就没有现代文明。人类为了更有用地运用动力一向在进行着不懈的尽力。前史上运用动力的办法有过屡次革新性的革新，从原始的蒸汽机到汽轮机、高压汽轮机、内燃机、燃气轮机，每一次动力运用办法的革新都极大地推进了现代文明的展开。

跟着现代文明的展开，人们逐步认识到传统的动力运用办法有两大弊端。一是贮存于燃猜中的化学能必需首要改变成热能后才干被改变成机械能或电能，受卡诺循环及现代资料的约束，在机端所取得的功率只需33~35%，一半以上的能量白白地丢失掉了；二是传统的动力运用办法给今日人类的生活环境构成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。关于发电职业来说，尽管选用的技能在不断地晋级，如开宣告了超高压、超临界、超超临界机组，开宣告了流化床焚烧和整体气化联合循环发电技能，但这种尽力的成果是：机组规划巨大、超高压远间隔输电、出资上升，到用户的归纳动力功率仍然只需35%左右，大规划的污染仍然没有得到底子处理。多年来人们一向在尽力寻觅既有较高的动力运用功率又不污染环境的动力运用办法。这便是燃料电池发电技能。

1839年英国的Grove创造晰燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简略的氢氧燃料电池点亮了伦敦演说厅的照明灯。1889年Mood和Langer首要选用了燃料电池这一称号，并取得200mA/m2电流密度。因为发电机和电极进程动力学的研讨未能跟上，燃料电池的研讨直到20世纪50年代才有了实质性的展开，英国剑桥大学的Bacon用高压氢氧制成了具有有用功率水平的燃料电池。60年代，这种电池成功地运用于阿波罗(Appollo)登月飞船。从60年代开端，氢氧燃料电池广泛运用于宇航范畴，一同，兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功。从80年代开端，各种小功率电池在宇航、军事、交通等各个范畴中得到运用。

燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的设备。当源源不断地从外部向燃料电池供应燃料和氧化剂时，它能够接连发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（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）及质子交流膜燃料电池（PEMFC）等。燃料电池不受卡诺循环约束，能量转化功率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既能够会集供电，也合适涣散供电。

燃料电池根本原理图大型电站，火力发电因为机组的规划满意大才干取得令人满意的功率，但装有巨型机组的发电厂又受各种条件的约束不能贴进用户，因而只好会集发电由电网运送给用户。可是机组大了其发电的灵敏性又不能习惯户户的需求，电网随用户的用电负荷改变有时呈现为顶峰，有时则呈现为低谷。为了适运用电负荷的改变只好备用一部分机组或建筑抽水蓄能电站来应急，这在总体上都是以献身电网的效益为价值的。传统的火力发电站的焚烧能量大约有近70%要耗费在锅炉和汽轮发电机这些巨大的设备上，焚烧时还会排放很多的有害物质。而运用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转化为电能，不需求进行焚烧，没有滚动部件，理论上能量转化率为100%，设备不论巨细实践发电功率可达40%～60%，能够完结直接进入企业、饭馆、宾馆、家庭完结热电联产联用，没有输电输热丢失，归纳动力功率可达80%，设备为集木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和现在的火力发电厂比较，非常灵敏。

燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电设备和代替内燃机的动力设备。国际动力界猜测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电办法之一。在我国人均动力资源贫乏，在现在电网由首要短少电量改变为首要短少体系备用容量、调峰才能、电网制造滞后和传统的发电办法污染严峻的状况下，研讨和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电办法与传统的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。

燃料电池-我国展开状况   

燃料电池小型化在我国的燃料电池研讨始于1958年，原电子工业部天津电源研讨所最早展开了MCFC的研讨。70年代在航天事业的推进下，我国燃料电池的研讨曾呈现出第一次高潮。其间我国科学院大连化学物理研讨所研制成功的两品种型的碱性石棉膜型氢氧燃料电池体系（千瓦级AFC）均经过了例行的航天环境模拟实验。1990年我国科学院长春运用化学研讨所承当了中科院PEMFC的研讨使命，1993年开端进行直接甲醇质子交流膜燃料电池（DMFC）的研讨。电力工业部哈尔滨电站成套设备研讨所于1991年研宣告由7个单电池组成的MCFC原理性电池。“八五”期间，中科院大连化学物理研讨所、上海硅酸盐研讨所、化工冶金研讨所、清华大学等国内十几个单位进行了与SOFC的有关研讨。到90年代中期，因为国家科技部与中科院将燃料电池技能列入”九五”科技攻关方案的推进，我国进入了燃料电池研讨的第二个高潮。质子交流膜燃料电池被列为要点，以大连化学物理研讨所为牵头单位，在我国全面展开了质子交流膜燃料电池的电池资料与电池体系的研讨，并拼装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW和25kW电池组与电池体系。5kW电池组包含内增湿部分其分量比功率为100W/kg，体积比功率为300W/L。

在我国科学作业者在燃料电池根底研讨和单项技能方面取得了不少展开，积累了必定阅历。可是，因为多年来在燃料电池研讨方面投入资金数量很少，就燃料电池技能的总体水平来看，与兴旺国家尚有较大间隔。我国有关部分和专家对燃料电池非常注重，1996年和1998年两次在香山科学会议上对我国燃料电池技能的展开进行了专题讨论，强调了自主研讨与开发燃料电池体系的重要性和必要性。近几年我国加强了在PEMFC方面的研讨力度。

2000年大连化学物理研讨所与中科院电工研讨所已完结30kW车用用燃料电池的悉数实验作业。北京富原公司也宣告，2001年将供应40kW的中巴燃料电池，并承受订购。科技部副部长徐冠华一年前在EVS16届大会上宣告，我国将在2000年装出首台燃料电池电动车。我国燃料电池的研讨作业已标明：1.我国的质子交流膜燃料电池现已到达能够装车的技能水平；2.大连化学物理研讨所的质子交流膜燃料电池是具有我国自主知识产权的高技能效果；3.在燃料电池研讨方面我国能够与国际兴旺国家进行竞赛，并且在商场份额方面，我国能够并且有才能占有必定份额。可是在我国在PAFC、MCFC、SOFC的研讨方面还有较大的间隔，现在仍处于研制阶段。

此前参加燃料电池研讨的有关概略如下：

1：PEMFC的研讨状况

手机燃料电池我国最早展开PEMFC研制作业的是长春运用化学研讨所，该所于1990年在中科院扶持下开端研讨PEMFC，作业首要会集在催化剂、电极的制备工艺和甲醇外重整器的研制,已制造出100WPEMFC样机。1994年又首要展开直接甲醇质子交流膜燃料电池的研讨作业。该所与美国CaseWesternReserve大学和俄罗斯氢能与等离子体研讨所等树立了长时刻协作联系。

我国科学院大连化学物理所于1993年展开了PEMFC的研讨，在电极工艺和电池结构方面做了许多作业，现已研制成作业面积为140cm2的单体电池，其输出功率达0.35W/cm2。

清华大学核能技能规划院1993年展开了PEMFC的研讨，研制的单体电池在0.7V时输出电流密度为100mA/cm2，改进石棉集流板的加工工艺，并提出列管式PEMFC的规划，该单位已与德国Karlsrube研讨中心树立了必定的协作联系。

天津大学于1994年在国家自然科学基金会赞助下展开了PEMFC的研讨，首要研讨催化剂和电极的制备工艺。

复旦大学在90年代初开端研制直接甲醇PEMFC，首要研讨聚苯并咪唑膜的制备和电极制备工艺。

厦门大学近年来与香港大学和美国的CaseWesternReserve大学协作展开了直接甲醇PEMFC的研讨。

1994年，上海大学与北京石油大学协作研讨PEMFC(“八五”攻关项目)，首要研讨催化剂、电极、电极膜调集体的制备工艺。

北京理工大学于1995年在武器工业部赞助下开端了PEMFC的研讨，现在单体电池的电流密度为150mA/cm2。

我国科学院工程热物理研讨所于1994年开端研讨PEMFC，主营运用核算传热和核算流体力学办法对各种供气、增湿、排热和排水方案进行比较，提出改进的传热和传质方案。

天津电源研讨所1997年开端PEMFC的研讨,拟从国外引入1.5kW的电池，在解析吸收国外先进技能的根底上展开研讨。

华南理工大学于1997年头在广东省佛山基金赞助下展开了PEMFC的研讨，与国家科委电动车演示区制造相配协作了必定的研讨作业。其天然气催化转化制一氧化碳和氢气的技能现已请求国家创造专利。

中科院电工研讨所最近展开了电动车用PEMFC体系工程和作业办法研讨，拟与有色金属研讨院协作研讨PEMFC/光伏电池(制氢)互补发电体系和从国外引入PEMFC设备。

1995年北京富原公司与加拿大新动力公司协作进行PEMFC的研制与开发，5kW的PEMFC样机现已研制成功并开端承受订购。

2：MCFC的研讨简况

燃料电池在我国展开MCFC研讨的单位不太多。哈尔滨电源成套设备研讨地址80年代后期曾研讨过MCFC，90年代初中止了这方面的研讨作业。

1993年我国科学院大连化学物理研讨地址我国科学院的赞助下开端了MCFC的研讨，克己LiAlO2微粉，用冷滚压法和带铸法制备出MCFC用的隔阂，拼装了单体电池，其功能已到达国际80年代初的水平。

90年代初，我国科学院长春运用化学研讨所也开端了MCFC的研讨，在LiAlO2微粉的制备办法研讨和运用金属间化合物作MCFC的阳极资料等方面取得了很大展开。

北京科技大学于90年代初在国家自然科学基金会的赞助下展开了MCFC的研讨，首要研讨电极资料与电解质的相互效果，提出了用金属间化合物作电极资料以下降它的溶解。

我国科学院上海冶金研讨所近年来也开端了MCFC的研讨，首要着重于研讨氧化镍阴极与熔融盐的相互效果。

1995年上海交通大学与长庆油田协作开端了MCFC的研讨，方针是一同开发5kW～10kW的MCFC。

我国科学院电工研讨地址”八五”期间，查询了国外MCFC演示电站的体系工程，查询了电站的作业状况，现已展开了MCFC电站体系工程关键技能的研讨与开发。

3：SOFC的研讨简况

最早展开SOFC研讨的是我国科学院上海硅酸盐研讨所他们在1971年就展开了SOFC的研讨，首要侧重于SOFC电极资料和电解质资料的研讨。80年代在国家自然科学基金会的赞助下又开端了SOFC的研讨，体系研讨了流延法制备氧化锆膜资料、阴极和阳极资料、单体SOFC结构等，已开端把握了湿化学法制备安稳的氧化锆纳米粉和细密陶瓷的技能。

吉林大学于1989年在吉林省青年科学基金赞助下开端对SOFC的电解质、阳极和阴极资料等进行研讨,拼装成单体电池，经过了吉林省科委的判定。1995年获吉林省计委和国家计委450万元人民币的赞助，先后研讨了电极、电解质、密封和联合资料等,单体电池开路电压达1.18V，电流密度400mA/cm2，4个单体电池串联的电池组能使收音机和录音机正常作业。

1991年我国科学院化工冶金研讨地址我国科学院赞助下展开了SOFC的研讨，从研制资料着手,制成了管式平和板式的单体电池，功率密度达0.09W/cm2～0.12W/cm2，电流密度为150mA/cm2～180mA/cm2，作业电压为0.60V～0.65V。1994年该所从俄罗斯科学院乌拉尔分院电化学研讨所引入了20W～30W块状叠层式SOFC电池组,电池寿数达1200h。他们在剖析俄罗斯叠层式结构、美国WesTInghouse的管式结构和德国Siemens板式结构的根底上，规划了六面体式新式结构，该结构吸收了管式不密封的长处，电池间组合选用金属毡柔性联合，并可用惯例陶瓷制备工艺制造。

我国科学技能大学于1982年开端从事固体电解质和混合导体的研讨，于1992年在国家自然科学基金会和”863″方案的赞助下开端了中温SOFC的研讨。一种是用纳米氧化锆作电解质的SOFC，作业温度约为450℃。另一种是用新式的质子导体作电解质的SOFC，已取得挨近理论电动势的开路电压和200mA/cm2的电流密度。此外,他们正在研讨依据多孔陶瓷支撑体的新一代SOFC。

清华大学在90年代初展开了SOFC的研讨，他们运用缓冲溶液法及低温组成环境谐和性新工艺成功地组成了固体电解质、空气电极、燃料电极和中心联合电极资料的超细粉，并展开了平板型SOFC成型和烧结技能的研讨,取得了杰出效果。

华南理工大学于1992年在国家自然科学基金会、广东省自然科学基金、汕头大学李嘉诚科研基金、广东佛山基金共一百多万元的赞助下开端了SOFC的研讨，拼装的管状单体电池，用甲烷直接作燃料，最大输出功率为4mW/cm2，电流密度为17mA/cm2，接连作业140h，电池功能无显着衰减。

我国科学院山西煤炭化学研讨地址1994年开端SOFC研讨，用超细氧化锆粉在1100℃下烧结制成安稳和细密的氧化锆电解质。该所从80年代初开端煤气化热解的研讨，以供应燃料电池的气源。煤的灰熔聚气化进程已进入工业性实验阶段，正在镇江市树立工业演示设备。该所还展开了使煤气化热解的煤气在高温下脱硫除尘和甲醇脱氢出产组成气的研讨，组成气中CO和H2的份额为1∶2，已有成套设备出售。

我国科学院大连化学物理所于1994年展开了SOFC的研讨作业，在电极和电解质资料的研讨上取得了可喜的展开。我国科学院北京物理所于1995年在国家自然科学基金会的赞助下，展开了用于SOFC的新式电解质和电极资料的根底性研讨。

燃料电池-国际展开状况   
燃料电池兴旺国家都将大型燃料电池的开发作为要点研讨项目，企业界也纷繁斥以巨资，从事燃料电池技能的研讨与开发，现在已取得了许多重要效果，使得燃料电池行将替代传统发电机及内燃机而广泛运用于发电及轿车上。值得注意的是这种重要的新式发电办法能够大大下降空气污染及处理电力供应、电网调峰问题，2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化出产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些兴旺国家建成。燃料电池的展开立异将如百年前内燃机技能打破替代人力构成工业革新，也像电脑的创造遍及替代人力的运算绘图及文书处理的电脑革新，又如网络通讯的展开改变了人们生活习惯的信息革新。燃料电池的高功率、无污染、制造周期短、易保护以及低本钱的潜能将引爆21世纪新动力与环保的绿色革新。现在，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的气势箭步进入工业化规划运用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电办法。燃料电池技能在国外的迅猛展开有必要引起咱们的满意注重，现在它已是动力、电力职业不得不正视的课题。

磷酸型燃料电池(PAFC)

受1973年国际性石油危机以及美国PAFC研制的影响，日本决议开发各品种型的燃料电池，PAFC作为大型节能发电技能由新动力工业技能开发安排（NEDO）进行开发。自1981年起，进行了1000kW现场型PAFC发电设备的研讨和开发。1986年又展开了200kW现场性发电设备的开发，以适用于边远区域或商业用的PAFC发电设备。

富士电机公司是现在日本最大的PAFC电池堆供货商。到1992年，该公司已向国内外供应了17套PAFC演示设备，富士电机在1997年3月完结了涣散型5MW设备的作业研讨。作为现场用设备已有50kW、100kW及500kW总计88种设备投入运用。下表所示为富士电机公司已交货的发电设备作业状况，到1998年止有的已超越了方针寿数4万小时。

东芝公司从70年代后半期开端，以涣散型燃料电池为中心进行开发今后，将涣散电源用11MW机以及200kW安排成了系列化。11MW机是国际上最大的燃料电池发电设备，从1989年开端在东京电力公司五井火电站内制造，1991年3月初发电成功后，直到1996年5月进行了5年多现场实验，累计作业时刻超越2万小时，在额外作业状况下完结发电功率43.6%。在小型现场燃料电池范畴，1990年东芝和美国IFC公司为使现场用燃料电池商业化，树立了ONSI公司，今后开端向全国际出售现场型200kW设备”PC25″系列。PC25系列燃料电池从1991年末作业，到1998年4月，共向国际出售了174台。其间设备在美国某公司的一台机和设备在日本大阪梅田中心的大阪煤气公司2号机，累计作业时刻相继打破了4万小时。从燃料电池的寿数和牢靠性方面来看，累计作业时刻4万h是燃料电池的久远方针。东芝ONSI已完结了正式商用机PC25C型的开发，早已投放商场。PC25C型作为21世纪新动力前锋取得日本互易商货工业大奖。从燃料电池商业化动身，该设备被点评为具有高先进性、牢靠性以及优胜的环境性设备。它的制形本钱是$3000/kW，近期将推出的商业化PC25D型设备本钱会降至$1500/kW，体积比PC25C型削减1/4，质量仅为14t。下一年即2001年，在我国就将迎来第一座PC25C型燃料电池电站，它首要由日本的MITI（NEDO）赞助的，这将是我国第一座燃料电池发电站。

PAFC作为一种中低温型（作业温度180-210℃）燃料电池，不光具有发电功率高、清洁、无噪音等特色，并且还能够热水办法收回大部分热量。下表给出先进的ONSI公司PC25C型200kWPAFC的首要技能方针。开端开发PAFC是为了操控发电厂的峰谷用电平衡，近来则侧重于作为向公寓、购物中心、医院、宾馆等当地供应电和热的现场会集电力体系。

PAFC用于发电厂包含两种景象：涣散型发电厂，容量在10-20MW之间，设备在配电站；中心电站型发电厂，容量在100MW以上，能够作为中等规划热电厂。PAFC电厂比起一般电厂具有如下长处：即便在发电负荷比较低时，仍然坚持高的发电功率；因为选用模块结构，现场设备简略，省时，并且电厂扩容简略。

质子交流膜燃料电池(PEMFC)

闻名的加拿大Ballard公司在PEMFC技能上全球抢先，现在它的运用范畴从交通工具到固定电站，其子公司BallardGeneraTIonSystem被以为在开发、出产和商场化零排放质子交流膜燃料电池上处于国际抢先地位。BallardGeneraTIonSystem开端产品是250kW燃料电池电站，其根本构件是Ballard燃料电池，运用氢气（由甲醇、天然气或石油得到）、氧气（由空气得到）不焚烧地发电。Ballard公司正和国际许多闻名公司协作以使BallardFuelCell商业化。BallardFuelCell现已用于固定发电厂：由BallardGenerationSystem，GPUInternationalInc.，AlstomSA和EBARA公司一同组建了BallardGenerationSystem，一同开发千瓦级以下的燃料电池发电厂。经过5年的开发，第一座250kW发电厂于1997年8月成功发电，1999年9月送至IndianaCinergy，经过缜密测验、点评，并进步了规划的功能、下降了本钱，这导致了第二座电厂的诞生，它设备在柏林，250kW输出功率，也是在欧洲的第一次测验。很快Ballard公司的第三座250kW电厂也在2000年9月设备在瑞士进行现场测验，紧接着，在2000年10月经过它的同伴EBARABallard将第四座燃料电池电厂设备在日本的NTT公司，向亚洲拓荒了商场。在不同区域进行的测验将大大促进燃料电池电站的商业化。第一个前期商业化电厂将在2001年末面市。下图是设备在美国Cinergy的Ballard燃料电池设备，现在正在测验。

图是设备在柏林的250kW PEMFC燃料电池电站：在美国，PlugPower公司是最大的质子交流膜燃料电池开发公司，他们的方针是开发、制造合适于居民和轿车用经济型燃料电池体系。1997年，PlugPower模块第一个成功地将汽油改变为电力。最近，PlugPower公司开宣告它的专利产品PlugPower7000居民家用涣散型电源体系。商业产品在2001年头推出。家用燃料电池的推出将使核电站、燃气发电站面对应战，为了推行这种产品，1999年2月，PlugPower公司和GEMicroGen树立了合资公司，产品改称GEHomeGen7000，由GEMicroGen公司担任全球推行。此产品将供应7kW的持续电力。GE/Plug公司宣称其2001年头价格为$1500/kW。他们估量5年后，很多出产的燃料电池价格将降至$500/kW。假设有20万户家庭各设备一个7kW的家用燃料电池发电设备，其总和将挨近一个核电机组的容量，这种涣散型发电体系可用于尖峰用电的供应，又因涣散式体系规划添加了电力的安稳性，即便少量呈现了毛病，但整个发电体系仍然能正常作业。

在Ballard公司的带动下，许多轿车制造商参加了燃料电池车辆的研制，例如：Chrysler(克莱斯勒)、Ford(福特)、GM(通用)、Honda(本田)、Nissan(尼桑)、VolkswagenAG(群众)和Volvo(富豪)等，它们许多正在运用的燃料电池都是由Ballard公司出产的，一同，它们也将很多的资金投入到燃料电池的研制傍边，克莱斯勒公司最近给Ballard公司注入4亿5千万加元用于开发燃料电池轿车，大大的促进了PEMFC的展开。1997年，Toyota公司就制成了一辆RAV4型带有甲醇重整器的跑车，它由一个25kW的燃料电池和辅佐干电池一同供应了悉数50kW的能量，最高时速能够到达125km/h，行程可达500km。现在这些大的轿车公司均有燃料电池开发方案，尽管现在燃料电池轿车商业化的机遇还未老练，但几家公司已确认了开端批量出产的时刻表，Daimler-Benz公司宣告，到2004年将年产40000辆燃料电池轿车。因而未来十年，极有或许到达100000辆燃料电池轿车。

PEMFC是一种新式、有远大出路的燃料电池，经过从80年代初到现在的近20年的展开，质子交流膜燃料电池起了天翻地覆的改变。这种改变从其膜电极的演化进程可见一斑。膜电极是PEMFC的电化学心脏，正是因为它的改变，才使得PEMFC呈现了今日的蓬勃生机。前期的膜电极是直接将铂黑与起防水、粘结效果的Tefion微粒混合后热压到质子交流膜上制得的。Pt载量高达10mg/cm2。后来，为添加Pt的运用率，运用了Pt/C催化剂，但Pt的运用率仍非常低，直到80年代中期，PEMFC膜电极的Pt载量仍高达4mg/cm2。80年代中后期，美国LosAlamos国家实验室（LANL）提出了一种新办法，选用Nafion质子交流聚合物溶液浸渍Pt/C多孔气体涣散电极，再热压到质子交流膜上构成膜电极。此法大大进步了Pt的运用率，将膜电极的载铂量降到了0.4mg/cm2。1992年，LANL对该法进行了改进，使膜电极的Pt载量进一步下降到0.13mg/cm2。1995年印度电化学能量研讨中心（CEER）选用喷涂浸渍法制得了Pt载量为0.1mg/cm2的膜电极，功能杰出。据报道，现在LANL实验的一些单电池中，膜电极上铂载量已降到0.05mg/cm2。膜电极上铂载量的削减，直接能够使燃料电池的本钱下降，这就为其商品化的完结预备了条件。

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)

50年代初，熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）因为其能够作为大规划民用发电设备的远景而引起了国际范围的注重。在这之后，MCFC展开的非常快，它在电池资料、工艺、结构等方面都得到了很大的改进，但电池的作业寿数并不抱负。到了80年代，它已被作为第二代燃料电池，而成为近期完结兆瓦级商品化燃料电池电站的首要研讨方针，研制速度日益加速。现在MCFC的首要研制者会集在美国、日本和西欧等国家。估量2002年将商品化出产。

美国动力部（DOE）上一年已拨给固定式燃料电池电站的研讨费用4420万美元，而其间的2/3将用于MCFC的开发，1/3用于SOFC的开发。美国的MCFC技能开发一向首要由两大公司承当，ERC（EnergyResearchCorporation）（现为FuelCellEnergyInc.）和M-CPower公司。他们经过不同的办法制造MCFC堆。两家公司都到了现场演示阶段：ERC1996年已进行了一套设于加州圣克拉拉的2MW的MCFC电站的实证实验，现在正在寻觅3MW设备实验的地址。ERC的MCFC燃料电池在电池内部进行无燃气的改质，而不需求独自设置的改质器。依据实验成果，ERC对电池进行了从头规划，将电池改成250kW单电池堆，而非本来的125kW堆，这样可将3MW的MCFC设备在0.1英亩的场地上，然后下降出资费用。ERC估量将以$1200/kW的设备费用供应3MW的设备。这与小型燃气涡轮发电设备设备费用$1000/kW挨近。但小型燃气发电功率仅为30%，并且有废气排放和噪声问题。与此一同，美国M-CPower公司已在加州圣迭戈的水兵航空站进行了250kW设备的实验，现在方案在同一地址实验改进75kW设备。M-CPower公司正在研制500kW模块，方案2002年开端出产。

日本对MCFC的研讨，自1981年”月光方案”时开端，1991年后转为要点，每年在燃料电池上的费用为12-15亿美元，1990年政府追加2亿美元，专门用于MCFC的研讨。电池堆的功率1984年为1kW，1986年为10kW。日本一同研讨内部转化和外部转化技能，1991年，30kW级直接内部转化MCFC试作业。1992年50-100kW级试作业。1994年，别离由日立和石川岛播磨重工完结两个100kW、电极面积1m2，加压外重整MCFC。别的由中部电力公司制造的1MW外重整MCFC正在川越火力发电厂设备，估量以天然气为燃料时，热电功率大于45%，作业寿数大于5000h。由三菱电机与美国ERC协作研制的内重整30kWMCFC已作业了10000h。三洋公司也研制了30kW内重整MCFC。现在，石川岛播磨重工有国际上最大面积的MCFC燃料电池堆，实验寿数已达13000h。日本为了促进MCFC的开发研讨，于1987年景立了MCFC研讨协会，担任燃料电池堆作业、电厂外围设备和体系技能等方面的研讨，现在它已联合了14个单位成为日本研讨开发主力。

欧洲早在1989年就拟定了1个Joule方案，方针是树立环境污染小、可涣散设备、功率为200MW的”第二代”电厂，包含MCFC、SOFC和PEMFC三品种型，它将使命分配到各国。进行MCFC研讨的首要有荷兰、意大利、德国、丹麦和西班牙。荷兰对MCFC的研讨从1986年现已开端，1989年已研制了1kW级电池堆，1992年对10kW级外部转化型与1kW级内部转化型电池堆进行实验，1995年对煤制气与天然气为燃料的2个250kW体系进行试作业。意大利于1986年开端履行MCFC国家研讨方案，1992-1994年研制50-100kW电池堆，意大利Ansodo与IFC签定了有关MCFC技能的协议，已设备一套单电池（面积1m2）自动化出产设备，年出产才能为2-3MW，可扩大到6-9MW。德国MBB公司于1992年完结10kW级外部转化技能的研讨开发，在ERC帮忙下，于1992年-1994年进行了100kW级与250kW级电池堆的制造与作业实验。现在MBB公司具有国际上最大的280kW电池组体。

资料标明，MCFC与其他燃料电池比有着共同长处：

a．发电功率高比PAFC的发电功率还高；

b．不需求贵重的白金作催化剂，制形本钱低；

c．能够用CO作燃料；

d．因为MCFC作业温度600-1000℃，排出的气体可用来取暖，也可与汽轮机联合发电。若热电联产，功率可进步到80%；

e．中小规划经济性与几种发电办法比较，当负载指数大于45%时，MCFC发电体系本钱最低。与PAFC比较，尽管MCFC开端出资高，但PAFC的燃料费远比MCFC高。当发电体系为中小规划涣散型时，MCFC的经济性更为杰出；

f．MCFC的结构比PAFC简略。

固体氧化物燃料电池(SOFC)

SOFC由用氧化钇安稳氧化锆（YSZ）那样的陶瓷给氧离子通电的电解质和由多孔质给电子通电的燃料和空气极构成。空气中的氧在空气极/电解质界面被氧化，在空气燃料之间氧的分差效果下，在电解质中向燃料极侧移动，在燃料极电解质界面和燃猜中的氢或一氧化碳反响，生成水蒸气或二氧化碳，放出电子。电子经过外部回路，再次回来空气极，此刻发作电能。

SOFC的特色如下：

因为是高温动作（600-1000℃），经过设置底面循环，能够取得超越60%功率的高效发电。

因为氧离子是在电解质中移动，所以也能够用CO、煤气化的气体作为燃料。

因为电池本体的构成资料悉数是固体，所以没有电解质的蒸腾、活动。别的，燃料极空气极也没有腐蚀。l动作温度高，能够进行甲烷等内部改质。

与其他燃料电池比，发电体系简略，能够希望从容量比较小的设备展开到大规划设备，具有广泛用处。

在固定电站范畴，SOFC显着比PEMFC有优势。SOFC很少需求对燃料处理，内部重整、内部热集成、内部调集管使体系规划更为简略，并且，SOFC与燃气轮机及其他设备也很简略进行高效热电联产。下图为西门子-西屋公司开宣告的国际第一台SOFC和燃气轮机混合发电站，它于2000年5月设备在美国加州大学，功率220kW，发电功率58%。未来的SOFC/燃气轮机发电功率将到达60-70%。

燃料电池被称为第三代燃料电池的SOFC正在活跃的研制和开发中，它是正在鼓起的新式发电办法之一。美国是国际上最早研讨SOFC的国家，而美国的西屋电气公司所起的效果尤为重要，现已成为在SOFC研讨方面最有威望的安排。

早在1962年，西屋电气公司就以甲烷为燃料，在SOFC实验设备上取得电流，并指出烃类燃料在SOFC内有必要完结燃料的催化转化与电化学反响两个根底进程，为SOFC的展开奠定了根底。尔后10年间，该公司与OCR安排协作，衔接400个小圆筒型ZrO2-CaO电解质，试制100W电池，但此办法不便利供大规划发电设备运用。80年代后，为了拓荒新动力，缓解石油资源紧缺而带来的动力危机，SOFC研讨得到蓬勃展开。西屋电气公司将电化学气相堆积技能运用于SOFC的电解质及电极薄膜制备进程，使电解质层厚度减至微米级，电池功能得到显着进步，然后揭开了SOFC的研讨簇新的一页。80年代中后期，它开端向研讨大功率SOFC电池堆展开。1986年，400W管式SOFC电池组在田纳西州作业成功。

1987年，又在日本东京、大阪煤气公司各设备了3kW级列管式SOFC发电机组，成功地进行接连作业实验长达5000h，标志着SOFC研讨从实验研讨向商业展开。进入90年代DOE安排持续出资给西屋电气公司6400余万美元，旨在开宣告高转化率、2MW级的SOFC发电机组。1992年两台25kW管型SOFC别离在日本大阪、美国南加州进行了几千小时实验作业。从1995年起，西屋电气公司选用空气电极作支撑管，替代了原先CaO安稳的ZrO2支撑管，简化了SOFC的结构,使电池的功率密度进步了近3倍。该公司为荷兰Utilies公司制造100kW管式SOFC体系，能量总运用率到达75%，现已正式投入运用。现在，SiemensWestinghouse宣告有两座250kWSOFC演示电厂很快将在挪威和加拿大的多伦多邻近建成。下图为西屋公司在荷兰设备的SOFC演示电厂，它能够供应110kW的电力和64kW的热，发电功率到达46%，作业14000h。

燃料电池别的，美国的其它一些部分在SOFC方面也有必定的实力。坐落匹兹堡的PPMF是SOFC技能商业化的重要出产基地，这儿具有完好的SOFC电池构件加工、电池安装和电池质量检测等设备，是现在国际上规划最大的SOFC技能研讨开发中心。1990年，该中心为美国DOE制造了20kW级SOFC设备，该设备选用管道煤气为燃料，已接连作业了1700多小时。与此一同，该中心还为日本东京和大阪煤气公司、关西电力公司供应了两套25kW级SOFC实验设备，其间一套为热电联产设备。别的美国阿尔贡国家实验室也研讨开发了叠层波纹板式SOFC电池堆，并开宣告合适于这种结构资料成型的浇注法和压延法。使电池能量密度得到明显进步，是比较有出路的SOFC结构。

在日本，SOFC研讨是“月光方案”的一部分。早在1972年，电子归纳技能研讨所就开端研讨SOFC技能，后来参加”月光方案”研讨与开发队伍，1986年研讨出500W圆管式SOFC电池堆，并组成1.2kW发电设备。东京电力公司与三菱重工从1986年12月开端研制圆管式SOFC设备，取得了输出功率为35W的单电池，当电流密度为200mA/cm2时，电池电压为0.78V，燃料运用率到达58%。1987年7月，电源开发公司与这两家公司协作，开宣告1kW圆管式SOFC电池堆，并接连试作业达1000h，最大输出功率为1.3kW。关西电力公司、东京煤气公司与大阪煤气公司等安排则从美国西屋电气公司引入3kW及2.5kW圆管式SOFC电池堆进行实验，取得了满意的成果。从1989年起，东京煤气公司还着手开发大面积平板式SOFC设备，1992年6月完结了100W平板式SOFC设备，该电池的有用面积达400cm2。现Fuji与Sanyo公司开发的平板式SOFC功率已到达千瓦级。别的，中部电力公司与三菱重工协作，从1990年起对叠层波纹板式SOFC体系进行研讨和归纳点评，研宣告406W实验设备，该设备的单电池有用面积到达131cm2。

在欧洲早在70年代，联邦德国海德堡中心研讨所就研讨出圆管式或半圆管式电解质结构的SOFC发电设备，单电池作业功能杰出。80年代后期，在美国和日本的影响下，欧共体活跃推进欧洲的SOFC的商业化展开。德国的Siemens、DomierGmbH及ABB研讨公司致力于开发千瓦级平板式SOFC发电设备。Siemens公司还与荷兰动力中心(ECN)协作开发开板式SOFC单电池，有用电极面积为67cm2。ABB研讨公司于1993年研宣告改进型平板式千瓦级SOFC发电设备，这种电池为金属双极性结构，在800℃下进行了实验，效果杰出。现正考虑将其制成25～100kW级SOFC发电体系，供家庭或商业运用。

燃料电池-特色与原理   
最小的燃料电池因为燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因而，它没有像一般的火力发电机那样经过锅炉、汽轮机、发电机的能量形状改变，能够防止中心的转化的丢失，到达很高的发电功率。一同还有以下一些特色：

不论是满负荷仍是部分负荷均能坚持高发电功率；

不论设备规划巨细均能坚持高发电功率；

具有很强的过负载才能；

经过与燃料供应设备组合的能够适用的燃料广泛；

发电出力由电池堆的出力和组数决议，机组的容量的自由度大；

电池本体的负荷呼应性好，用于电网调峰优于其他发电办法；

用天然气和煤气等为燃料时，NOX及SOX等排出量少，环境相容性优。

如此由燃料电池构成的发电体系对电力工业具有极大的吸引力。

燃料电池按其作业温度是不同，把碱性燃料电池（AFC，作业温度为100℃）、固体高分子型质子膜燃料电池（PEMFC，也称为质子膜燃料电池，作业温度为100℃以内）和磷酸型燃料电池（PAFC，作业温度为200℃）称为低温燃料电池；把熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC，作业温度为650℃）和固体氧化型燃料电池（SOFC，作业温度为1000℃）称为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而进行联合开发的燃料电池。另一种分类是按其开发迟早次序进行的，把PAFC称为第一代燃料电池，把MCFC称为第二代燃料电池，把SOFC称为第三代燃料电池。这些电池均需用可燃气体作为其发电用的燃料。

燃料电池其原理是一种电化学设备，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因而，约束了电池容量。而燃料电池的正、负极自身不包含活性物质，仅仅个催化转化元件。因而燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转化机器。电池作业时，燃料和氧化剂由外部供应，进行反响。原则上只需反响物不断输入，反响产品不断扫除，燃料电池就能接连地发电。这儿以氢-氧燃料电池为例来阐明燃料电池的根本作业原理。

燃料电池氢-氧燃料电池反响原理  这个反映是电觧水的逆进程。电极应为：

负极：H2 2OH-→2H2O 2e-

正极：1/2O2 H2O 2e-→2OH-

电池反响：H2 1/2O2==H2O

别的，只需燃料电池本体还不能作业，有必要有一套相应的辅佐体系，包含反响剂供应体系、排热体系、排水体系、电功能操控体系及安全设备等。

燃料电池一般由构成离子导电体的电解质板和其两边装备的燃料极（阳极）和空气极（阴极）、及两边气体流路构成，气体流路的效果是使燃料气体和空气（氧化剂气体）能在流路中经过。

在有用的燃料电池中因作业的电解质不同，经过电解质与反响相关的离子品种也不同。PAFC和PEMFC反响中与氢离子（H ）相关，发作的反响为：

燃料极：H2=2H 2e-（1）

空气极：2H 1/2O2 2e-=H2O（2）

整体：H2 1/2O2=H2O（3）

氢氧燃料电池组成和反响循环图在燃料极中，供应的燃料气体中的H2分解成H 和e-，H 移动到电解质中与空气极侧供应的O2发作反响。e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，参加空气极侧的反响。一系例的反响促成了e-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。并且从上式中的反响式（3）能够看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外没有其他的反响，H2所具有的化学能改变成了电能。但实践上，伴跟着电极的反响存在必定的电阻，会引起了部分热能发作，由此削减了转化成电能的份额。

引起这些反响的一组电池称为组件，发作的电压一般低于一伏。因而，为了取得大的出力需选用组件多层迭加的办法取得高电压堆。组件间的电气衔接以及燃料气体和空气之间的别离，选用了称之为隔板的、上下双面中备有气体流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳资料组成。堆的出力由总的电压和电流的乘积决议，电流与电池中的反响面积成比。

单电极拼装示意图
PAFC的电解质为浓磷酸水溶液，而PEMFC电解质为质子导电性聚合物系的膜。电极均选用碳的多孔体，为了促进反响，以Pt作为触媒，燃料气体中的CO将构成中毒，下降电极功能。为此，在PAFC和PEMFC运用中有必要约束燃料气体中含有的CO量，特别是关于低温作业的PEMFC更应严格地加以约束。

磷酸燃料电池的根本组成和反响原理是：燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反响器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，一同将氧运送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反响，凭借触媒剂的效果敏捷发作电能和热能。

相对PAFC和PEMFC，高温型燃料电池MCFC和SOFC则不要触媒，以CO为首要成份的煤气化气体能够直接作为燃料运用，并且还具有易于运用其高质量排气构成联合循环发电等特色。

MCFC主构成部件。含有电极反响相关的电解质（一般是为Li与K混合的碳酸盐）和上下与其相接的2块电极板（燃料极与空气极），以及两电极各自外侧流转燃料气体和氧化剂气体的气室、电极夹等，电解质在MCFC约600~700℃的作业温度下呈现熔融状况的液体，构成了离子导电体。电极为镍系的多孔质体，气室的构成选用抗蚀金属。

MCFC作业原理。空气极的O2（空气）和CO2与电相结合，生成CO23-（碳酸离子），电解质将CO23-移到燃料极侧，与作为燃料供应的H 相结合，放出e-，一同生成H2O和CO2。化学反响式如下：

燃料极：H2 CO23-=H2O 2e- CO2（4）

空气极：CO2 1/2O2 2e-=CO23-（5）

整体：H2 1/2O2=H2O（6）

在这一反响中，e-同在PAFC中的状况相同，它从燃料极被放出，经过外部的回路反回到空气极，由e-在外部回路中不间断的活动完结了燃料电池发电。别的，MCFC的最大特色是，有必要要有有助于反响的CO23-离子，因而，供应的氧化剂气体中有必要含有碳酸气体。并且，在电池内部充填触媒，然后将作为天然气主成份的CH4在电池内部改质，在电池内部直接生成H2的办法也已开宣告来了。而在燃料是煤气的状况下，其主成份CO和H2O反响生成H2，因而，能够等价地将CO作为燃料来运用。为了取得更大的出力，隔板一般选用Ni和不锈钢来制造。

SOFC是以陶瓷资料为主构成的，电解质一般选用ZrO2(氧化锆)，它构成了O2-的导电体Y2O3（氧化钇）作为安稳化的YSZ（安稳化氧化锆）而选用。电极中燃料极选用Ni与YSZ复合多孔体构成金属陶瓷，空气极选用LaMnO3(氧化镧锰)。隔板选用LaCrO3(氧化镧铬)。为了防止因电池的形状不同，电解质之间热胀大差构成裂纹发作等，开发了在较低温度下作业的SOFC。电池形状除了有同其他燃料电池相同的平板型外，还有开宣告了为防止应力会集的圆筒型。SOFC的反响式如下：

燃料极：H2 O2-=H2O 2e-（7）

空气极：1/2O2 2e-=O2-（8）

整体：H2 1/2O2=H2O（9）

燃料极，H2经电解质而移动，与O2-反响生成H2O和e-。空气极由O2和e-生成O2-。整体同其他燃料电池相同由H2和O2生成H2O。在SOFC中，因其归于高温作业型，因而，在无其他触媒效果的状况下即可直接在内部将天然气主成份CH4改质成H2加以运用，并且煤气的首要成份CO能够直接作为燃料运用。

燃料电池-分类   
燃料电池燃料电池阅历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几品种型的展开阶段，燃料电池的研讨和运用正以极快的速度在展开。AFC已在宇航范畴广泛运用，PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源设备来运用，PAFC作为中型电源运用进入了商业化阶段，MCFC也已完结工业实验阶段，起步较晚的作为发电最有运用远景的SOFC已有几十千瓦的设备完结了数千小时的作业查核，信任跟着研讨的深化还会有新的燃料电池呈现。

美日等国已相继树立了一些磷酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂、质子交流膜燃料电池电厂作为演示。日本已开发了数种燃料电池发电设备供公共电力部分运用，其间磷酸燃料电池（PAFC）已到达”电站”阶段。已建成兆瓦级燃料电池演示电站进行实验，已就其功率、可作业性和寿数进行了点评，希望运用于城市动力中心或热电联供体系。日本一同制造的小型燃料电池发电设备，已广泛运用于医院、饭馆、宾馆等。

燃料电池-发电体系   
燃料电池1：运用天然气的发电体系

MCFC需求供应的燃料气体是H2，它可由天然气中的CH4改质生成，其反响在改质器中进行。改质器出口的温度为600℃，契合MCFC的作业温度，能够原样直接运送到燃料极侧。

另一方面，空气极侧需求的O2经过空气压缩机供应。另一个反响要素CO2，空气极侧反响等量地再运用发电时燃料极发作的CO2。除了有CO2外，燃料极排出气体还含有未反响的可燃成份，一同运送到改质器的焚烧器侧，天然气改质所必需的热量就由该焚烧热供应。这种状况下，排出的燃料气领会含有过多的H2O，将影响发热量，为此一般是先将排出燃料气体冷却，将水份滤去后再运送到改质器的焚烧侧。从改质器焚烧侧出来的气体与来自压缩机的空气相混合后供应空气极侧。

实践的电池因内部存在电阻会发热，故经过在空气极侧中流过的很多氧化气体（阴极气体，即含有O2、CO2的气体）来除掉其发作的热。一般是按600℃供应的气体在700℃下排出，这一方针可经过在空气极侧进行流量调整来操控，为此选用阴极气体的再循环，即，空气极侧供应的气体为以改质器焚烧排气与部分空气极侧排出气体的混合体，为了坚持电池进口和出口的温度为最佳温度，可将再循环流量与外部供应的空气流量一同调整。

来自空气极侧的排气为高温，送入终究的胀大式透平，进行动力收回，作为空气压缩动力而运用。剩下的动力，由发电机发电收回，然后能够进步整套体系的功率。别的，天然气改质所必需的H2O（水蒸汽）可从排出的燃料气体中收回的H2O来供应。

这种体系的功率可达55~60%。在整套出力中MCFC发电量份额占90%。绝大部分的发电量是由MCFC出产的。假如考虑到排气构成的动力收回和若干的附加发电，广义上也能够称为联合发电。

在运用PAFC的状况下，若以煤炭为燃料发电时就不简略了，选用天然气时，其构成相似于MCFC机组，根本上是由电池本体发电。原因是PAFC排出气体温度较低，与其进行附加发电不如作为热电联产电源。

SOFC能和较高温度的排气体构成附加发电体系，因为SOFC不需求CO2的再循环等，结构简略，其发电功率能够到达50-60%。

2：运用煤炭的发电体系

燃料电池以MCFC为例进行介绍。煤炭需经煤气化设备生成作为MCFC可用燃料的CO及H2，并在进入MCFC前除掉其间含有的杂质（微量的杂质就会构成对MCFC的恶劣影响），这种供应MCFC精制煤气，其压力一般高于MCFC的作业压力，在进入MCFC供气前先经胀大式涡轮机收回其动力。涡轮机出口气体，经与部分来自燃料极（阳极）排出的高温气体（约700℃）相混合，调整为对电池的适合温度（约600℃）。该阳极气体的再循环是，将排出的燃料气体中所含的未反响的燃料成分回来进口加以再运用，借以到达进步燃料的运用率。向空气极侧供应O2和CO2是经过空气压缩机输出的空气和排出燃料气体相混合来完结的。可是，碳酸气是选用触媒焚烧器将未燃的H2及CO变换成H2O和CO2后供应的。

实践的燃料电池，内部电阻会发热，将经过在空气极侧流过的很多的氧化剂气体（阴极气体，即含有O2和CO2的气体）而除掉。一般经过调整空气极侧的流量，把以600℃供应的气体在700℃排出。为此选用了阴极气体再循环，使空气极侧的排气构成约700℃的高温。因而，在这个循环回路中设置了热交流器，将气体温度冷却到600℃，构成电池进口适合的温度，与来自触媒焚烧器的供应气体相混合。空气极侧的出进口温度，取决于再循环和来自压缩机的供应空气流量和再循环回路中的热交流量。

排热收回体系（末级循环），是由运用空气极侧排气的胀大式涡轮机和运用蒸汽的汽轮机发电来构成。胀大式涡轮机与压缩机的相组合，其剩下动力用于发电。蒸汽是由来自其下贱的热收回和煤气化设备以及阴极气体再循环回路中的蒸汽发作器之间的组合发作，构成汽水循环。

这种机组的发电功率，因煤气化办法和煤气精制办法等的不同而有若干差异。运用煤体系SOFC其构成是杂乱的。但若用管道气就简略多了，首要的是选用煤炭气化体系构成的，其功率为45~55%。

燃料电池-点评   
东芝燃料电池燃料电池作业时有必要运用活动性好的气体燃料。低温燃料电池要用氢气，高温燃料电池能够直接运用天然气、煤气。这种燃料的远景怎么呢？我国的天然气储量是非常丰厚的，现已探明陆地上储量为1.9万亿m3，专家以为我国已探明天然气储量为30万亿m3。我国还将运用丰厚的邦邻天然气资源，俄罗斯西西伯利亚已探明天然气储量为38.6万亿m3，可向我国年供气200~300亿m3；俄罗斯的东西伯利亚已探明天然气储量3.13万亿m3，可向我国年供气100~200亿m3；俄远东区域、萨哈林岛探明天然气储量1万亿m3，可向我国东北年供气100亿m3以上。中亚区域的哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦三国探明的天然气储量6.77万亿m3，可向外供气300亿m3。我国规划在2010年曾经铺设天然气管线9000km，到时有望在全国构成“两纵、两横、四纽带、五气库”的格式，构成牢靠的供气体系。其间的两纵是南北的输气干线，即萨哈林岛–大庆–沈阳干线和伊尔库茨克–北京–日照–上海输气干线。现在我国的出产才能约为300亿m3/a，2010年为700亿m3，2020年为1000～1100亿m3。天然气首要成分为CH4（占90%左右），热值高（每立方米天然气热值为8600～9500千卡），便于运送，在3000公里的间隔内运用管道运送都是十经济的。

在我国还可运用的液化天然气（LNG）资源也是非常可观的，可向我国当即供应LNG的国家有印度尼西亚、马来西亚、卡塔尔等国。

我国的煤层气也非常丰厚，陆上深埋2000米以内浅的煤层气资源量为32~35万亿m3，多于陆上天然气资源量（30万亿m3），坐落国际前列。

别的作为后续资源，我国已发现在南海、东海深处有很多的天然气水合物，其资源量为700亿吨石油当量。现在已有多个科研安排正在研讨其挖掘运用的技能。

半个世纪以来，国际大多数国家时早以完结了由煤炭年代向石油年代的转化，正在向石油、天然气年代过度。如1950年在国际动力结构中煤炭所占的份额为57.5%，而到1996年则下降为26.9%，天然气占23.5%石油占39%两者共占63%。动力界猜测现在的消费量，石油只能再用20年，而天然气则可用100年，为此称21世纪是”天然气世纪”。我国的动力工业也必将跟上国际动力消费潮流。

别的因为环保的需求和IGCC技能的推进，煤的大型气化设备技能现已过关。煤炭部分的有关专家介绍，现在的技能完全能够把煤转化为氢气，转化功率可达80%，供应燃料电池作燃料，其功率要比惯例热动力设备功率高得多。

我国有很多的生物资源（薪材3000万吨、秸杆45000万吨、稻壳1500万吨、废物1.6亿吨等），这种密度低涣散度高资源能够转化成沼气或人工煤气或甲醇供涣散的、小型高效的燃料电池运用。如广东番禺正在制造运用养猪场沼气的燃料电池电站。

我国在组成氨工业中，氢的年收回量可到达14亿m3；在氯碱工业中有0.37亿m3的氢可供收回运用。此外，在冶金工业、发酵制酒及丁醇溶剂厂等出产进程中都有很多氢可收回。上述各类工业副产氢的可收回总量，估量可到达15亿m3以上。从久远展开看，小型、高效、灵敏、涣散的PEMFC、PAFC发电与会集高温型MCFC和SOFC体系均是有燃料确保的。

燃料电池-经济性   
燃料电池客车燃料电池是一种正在逐步完善的动力运用办法。其出资正在不断的下降，现在PEMFC的我国国外商业价格为$1500/kW，PAFC的价格为$3000/kW。我国国内富原公司发布其PEMFC承受订购的价格为10000元/kW。其他燃料电池国内暂无商业产品。

燃料电池发电与惯例的火电出资比较不能单考虑电源出资，还应将长间隔输电、配电出资与厂用电、输电能耗和两种动力转化设备的功率考虑在内。如此来核算归纳出资大型的火电厂每千瓦约为1.3~1.5万元。发电耗费的燃料为燃料电池的两倍以上，按现在在我国天然气最低市价（产地市价人民币1元/m3）核算，当发电时刻超越70000h今后，用燃料电池发电将比用传统的热机发电更经济。在实践发电工程中还应考虑传统的热机发电占地面积大，环境污染重的问题。跟着燃料电池发电技能的不断完善，造价将不断的下降，特别是在规划化出产后，其造价将大幅度的下降，有理由信任，不久的将来这种发电办法会对传统热机发电构成应战。

最近国际上一些学者和国际安排以为：大容量、高参数机组发电，超高压、大电网远间隔送电的会集供电是一些工业兴旺国家曩昔走过的路途。现在的状况正在发作改变，较涣散的发电站的呈现，再加上对改进动力出资的挑选，传统的观念变得过期了。1999年在布鲁塞尔树立的国际热电联产（ICA）安排宣称：”其实旨是推进国际范围内的清洁、高效、涣散的电力出产，它预言这是下一个世纪电力工业的方向”。跟着小型涣散的热电厂、燃料电池发电、风力发电、太阳能发电、生物质能发电等的呈现和添加，当今的电力体系将发作很大的改变。超大型的电站与涣散微型电站的结合能够削减在输配电线路上的出资，会使得电力体系更安全更经济。一个现在具有50个发电厂的电力公司在未来若干年内会有几千个乃至几万个微型电站与之相连。这种电力网络相似于现在的核算机网络，少量的几台主机与很多的PC机相连。这种电网会使得各种动力得到更好运用和装备，这种改变将要求未来的电力体系作业办法有一个严重的革新。

将来的电网体系或许是现有的大电网和中小燃料电池共存状况。因为大电网有其优胜性的一同，也存在着缺点，如高电压长间隔输电将有6-8%的丢失。而涣散的中小型燃料电池电站能够在许多地址树立，能够削减送电丢失（输氢能量丢失一般仅为3%），一同也为电网调峰做出了奉献。中小型涣散式电力体系将灵敏地习惯季节性和地域性的电力需求改变。依据专家核算，一条直径为0.91米的输氢管道用于950-1600公里输氢其所输能量约相当于50万伏高压输电线路运送能量的的10倍以上，而输氢管道所需的制造费用仅为制造高压输电线路的1/2-1/4，日常作业保护也比输电线路低得多。在美国这样的电力工业已很兴旺的国家，将来对燃料电池的商场需求约为17000兆瓦以上，即中小型涣散装备，有其共同的优胜性。我国也将是这样。

燃料电池-展望   
燃料电池客车被称为第四代发电办法的燃料电池，因为具有燃料运用功率可达80%、不排放有害气体（PAFC不排放任何气体）、容量可依据需求而定，所以受到了各方面的极大注重。各国家的政府都在这方面添加研制资金，推进其商业化的进程。在近年它首要受到了交通界的注重，作为交通动力设备已被搬上轿车、舰船，简直一同它受到了国外电力体系的注重。PAFC发电设备已有数万套进入宾馆、家庭作业，PAFC已有了4万多小时的作业记载。

我国稀土资源丰厚，展开MCFC和SOFC技能具有非常有利的条件。以天然气和净化煤气为燃料的MCFC和SOFC发电功率高达55%～65%，并且还可供应优质余热用于联合循环发电，是一种优秀的区域性供电电站。热电联供时,燃料运用率高达80%以上。专家们以为它与各种大型中心电站的联系，颇相似于个人电脑与大型中心核算机的联系，二者互为补充。二十一世纪，这种区域性、环境友好的、高效的发电技能有或许展开成为一种首要的供电办法。

最近日本提出2010年遍及燃料电池的运用，并向兴旺欧美国家主张拟定安全基准和通用标准。跟着其出产本钱的下降，燃料电池也将在我国取得快速的展开，它将对传统的热机发电构成有利的应战。展望其对电力体系的影响如下：

调峰才能添加

运用氢气做燃料PEMFC现已商业化，在国外容量为3kW、5kW、7kW等热电联用的燃料电池正在源源不断地进入家庭，数百kW的燃料电池正在源源不断地进入旅馆、饭馆商厦等场所。这些电力设备同小型光伏发电设备相同能够独立发电，也可与电力网相连。为了取得氢燃料，现在在非纯氢燃料电池前均加了燃料改质器。据专家介绍，碳纳米管储氢技能已取得打破，跟着其商业化的展开，实施家庭发电将像用煤气灶与煤气罐合作运用相同便利，购一罐氢气能够发电数月（3kg氢气能量能够使一般轿车行进500km）。在有煤气或天然气管道的当地，翻开气阀就能够发电和供热水。

能够运用天然气、煤气为燃料的MCFC、SOFC发电才能为数千kW发电设备将座落于较大的共用场所，用管道向燃料电池供应燃气为邻近的用户供应电力和热能，使城市的发电不再污染环境。不计其数的燃料电池发电设备执役，必将使得电网的调峰才能大大增强，惯例的火电厂，因为存在有较大污染，因而让其远离城区带根本负荷。在缺少调峰手法和缺少调峰电量的东北电网加大燃料电池的入网量，必将大大地进步未来电网的调峰才能。

节省配电网的制造费用

我国有许多偏远的山村和海岛，远离电网或处在电网的结尾，用电量不大。从商业视点考虑，架起高电压等级的线路是不合算的，但不架起又难以完结村村通电的方针。有了燃料电池，用当地生物质气体为燃料，再合作当地的风能、太阳能等，就能够满意当地的长时刻的电能需求。这样能够使出资愈加合理，又进步电网的经济效益。

进步电网的安全性

电网均选用高压长间隔输电的办法使偏远山区的水电和坑口、路口以及海口处的火电运送到负荷中心地带。中外近年屡次电网事端证明，在地震、水灾、暴风、冰雪、雷电等自然灾害面前，这种体系往往是非常软弱的。而漫山遍野的燃料电池参加到电网中供电，将会大大进步电网的安全性。在某个远间隔的根本负荷电源跳闸时，燃料电池能够对电网起到必定的支承效果，确保重要用户的电能需求。跟着MCFC、SOFC技能的打破、天然气管线的铺通和大型煤气化技能的处理，到时人们会看到，关于大规划的运用化石动力的电力体系来说，变长间隔输电为长间隔输气，运用大中小相结合的各种燃料电池接近负荷供电供热会更经济、更安全。

电网办理

燃料电池发电将添加办理的杂乱性。一是燃料电池发的均是直流电，需变频后入网，如此将需求对谐波进行操控；二是价格办理，每一个小的体系与电网均有电量交流，需求进行合理的价格办理，这与其他新动力入网问题相同（如太阳能、风能、生物质能发电），入网电量小，办理量不小。

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