燃料电池及其发展前景

3.0 闻远设计 2025-03-24 36 4 13.41KB 2 页 5光币

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燃料电池及其发展前景

【摘要】燃料电池具有非同寻常的性能：电效率可达 60％以上，而且可以在带着部分负荷运

行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍按

温度划分的 4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC 和SOFC)的性能，重点介绍高温固体氧

化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are Well uder

way toward penetrating the power market,covering a wide range of application．This paper introduces

the main four types of fuel cells which are PEMFC,PAFC，MCFC and SOFC．Then it puts the

emphasis on SOFC and its application market ．

燃料电池是通过由电解液分隔开的 2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反

应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比，燃料电池具有非同寻常的特性：它的电效

率可达 60％以上，可以在带部分负荷运行的情况下进行维修，而且除了排放低比率碳氧化物

外，几乎没有任何其他的有害排放物。

1 燃料电池的分类

目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型，从比室温略高直到高达 1000℃ 的范

围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下 4 种主要类型上：

(1)运行温度在 60-80℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC) ；

(2)运行温度在 160-220℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC) ；

(3)运行温度在 620-660℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC) ；

(4)运行温度在 880-1000℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC) 。

可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100℃及以下)、中温型(约200℃左右) 及高温型

(600-l000℃) 燃料电池。

表1简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装置

上，而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。

实用装置的功率容量差别也很大，可以给笔记本电脑及移动电话供电(数以 W计)，也可以给

居民住宅(数kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百 KW 到数 MW) 供电。

最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。

根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明，就发电成本而言，SOFC 型燃料电池要 PEM

型低 30％。这个结果是根据 SOFC 型燃料电池的电效率比 PEM 型的高，这 2种燃料电池最终

都可以达到 l000 美元／KW 的投资成本这一假设条件而推导出来的。

2 高温燃科电池

高温型燃料电池具有许多适于在静止式装置上使用的特性。但是在高温型燃料电池产生出电

能之前需要较长的加热过程，因而这种技术不能应用于要求在短时间内频繁起动的各种实用装

置。此外，高温型燃料电池还具有以下特点：

(1)不需要使用贵金属来催化电化学反应。一般情况下使用陶瓷材料。

(2)对CO 完全没有限制。CO 参加到电化学反应过程并像 H2 一样被氧化。

(3)对燃料表现出高度灵活性。可以给这类燃料电池发电设备供应天然气，天然气在设备内部

被转换成H2和CO 。这意味着无需任何外部燃料，从而大大简化了发电设备的平衡问题。

(4)高温可以将燃气轮机连接到该系统上，在这种情况下，燃料电池发电设备是在 300kPa 压

力下运行，并在不考虑燃气轮机输出的情况下将燃料电池的功率密度提高约 20％，因此使总的

电效率提高10 ％，可成倍地降低使用期限成本。

(5)较高的运行温度也为排热提供了更多的灵活性。在电效率达 60％或更高水平的联合循环

系统中可限制废热排放，而在单循环下则会排放出更多的热量。

MCFC 和SOFC 是这类高温型燃料电池的 2种技术。它们使用的材料不同。MCFC 是在一只

陶瓷容器中放入液态的金属碳酸盐作为电解液，如果没有采取防止电极老化的措施，燃料电他

的使用寿命会受到影响。

在MCFC 中电化学反应是由 CO3离子引发的。MCFC 采用的是颊型电池，和 SOFC 型的管形

设计方案相比，这种颊型电他的功率密度要稍微高一些。这在成本上要比 SOFC 型装置优越。

但在另一方面，由于 SOFC 所用的陶瓷材料非常稳定，可以用在 950-1000℃范围内，所以

SOFC 装置在抗老化性能上更具优越性。到目前为止，所有的长期电池试验和正在运行的试验

性机组都表明

SOFC 型装置的使用寿命可以达到 70 000-80 000h，是 MCFC 型的 2 倍。

MCFC 和SOFC 2 种技术在进行 100-250kW 功率范围的单循环现场试验中，成本都有大幅度

的下降。目前在 MCFC 开发上占有主导地位的是美国的Fuel Cell Energy 公司及其在德国的授

权单

位MTU，日本的 Ishikawajima-Harima 重工(IHI)和三菱公司等。而 Siemens Westinghouse 在

SOFC 开发上处于领先水平。

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摘要：

燃料电池及其发展前景【摘要】燃料电池具有非同寻常的性能：电效率可达60％以上，而且可以在带着部分负荷运行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍按温度划分的4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC和SOFC)的性能，重点介绍高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。WithdemonstrationprojectsfuelcellsareWelluderwaytowardpenetratingthepowermarket,coveringawiderangeofapplication．Thispaperintroducesthemain...

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