燃料电池技术进展及发达国家的开发动态

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燃料电池技术进展及发达国家的开发动态

现阶段，最主要也是最具前景的氢能利用方式就是燃料电池。燃料电池是唯一同时兼备无污

染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力源，其主要应用途径是汽车用。

过去 10 年西方汽车商在研究开发燃料电池上的投资高达 100 亿美元，其中 80%用于开发车用

燃料电池。预计未来 5年西方在该领域的投入至少还将增加 40 亿美元。2002 年美国政府对燃

料电池研究的投入约为 2.2 亿美元，日本的研发预算也增加到 2.2 亿美元。美国 ArthurD.Little

公司估计，2007 年燃料电池在运输方面的商业价值将达到 90 亿美元。美国、德国、日本在目

前的燃料电池技术研发（氢能开发）领域处于领先地位。 燃料电池的类型主要有质子交换

膜燃料电池（PEMFC，最有前途）；碱性燃料电池（AFC）；磷酸盐型燃料电池（PAFC）；

熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）；固体氧化物燃料电池（SOFC ）。

表燃料电池的应用 领域

PEMFC AFC PAFC MCFC SOFC

固定分

布式电

源

电网侧集中式不可能不可能不可能可能可能

分布式不可能不可能不可能可能可能

发电功率再

生

不可能不可能可能可能可能

用户侧发

电

住宅可能研究中不可能研究中可能

商用可能研究中可能可能可能

轻工业研究中研究中可能可能可能

重工业不可能不可能可能可能可能

交通动力装置



轻型可能不可能不可能不可能不可能

重型可能不可能研究中研究中研究中

辅助动力轻&重型可能不可能不可能不可能可能

可携式 特级应用娱乐，军事可能不可能不可能不可能可能

微型电子，军事可能不可能不可能不可能不可能

资料来源：DOE 上海科技情报研究所钟婷整理 I.碱性燃料电池（AFC）这种电池用

35%~45%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。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。 II.酸型燃料电池（PAFC）这种电池

采用磷酸为电解质，工作温度 200℃左右。其突出优点是贵金属催化剂用量比碱性氢氧化物燃

料电池大大减少，还原剂的纯度要求有较大降低，一氧化碳含量可允许达5%。该类电池一般

以有机碳氢化合物为燃料，正负电极用聚四氟乙烯制成的多孔电极，电极上涂Pt 作催化剂，电

解质为 85%的H3PO4。在 100~200℃范围内性能稳定，导电性强。磷酸电池较其他燃料电池制

作成本低，已接近可供民用的程度。目前，国际上功率较大的实用燃料电池电力站均用这种燃

料的电池。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。到 2002

年初，美国已在全世界安装测试了 200kWPAFC 发电装置 235 套，累计发电 470 万小时。在美

国和日本，有几套装置已达到连续发电 1万小时的设计目标。欧洲现有 5套200kWPAFC 发电

装置在运转。日本福日电器和三菱电器已经开发出 500kWPAFC 发电系统。我国魏子栋等人进

行Pt3（Fe/Co）/C 氧还原电催化剂的研究，并提出了Fe/Co 对Pt 的锚定效应。磷酸型燃料电池

发电技术目前已得到高速发展，但是其启动时间较长以及余热利用价值低等发展障碍导致其发

展速度减缓。

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燃料电池技术进展及发达国家的开发动态现阶段，最主要也是最具前景的氢能利用方式就是燃料电池。燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力源，其主要应用途径是汽车用。过去10年西方汽车商在研究开发燃料电池上的投资高达100亿美元，其中80%用于开发车用燃料电池。预计未来5年西方在该领域的投入至少还将增加40亿美元。2002年美国政府对燃料电池研究的投入约为2.2亿美元，日本的研发预算也增加到2.2亿美元。美国Arthur D.Little公司估计，2007年燃料电池在运输方面的商业价值将达到90亿美元。美国、德国、日本在目前的燃料电池技术研发（氢能开发）领...

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