燃料電池的應用特點 燃料電池的特點及應用

1、燃料電池的特點

（1）能量密度大，比能量可達到200W·h/kg左右。PCEV要求採用氫氣作為燃料時，電池的質量比功率不小於150W/kg；採用甲醇作為燃料時，電池的質量比功率不小於100W/kg。

（2）一般在常溫條件下執行，當溫度在80°C左右易於快速啟動，減小了溫度對燃料電池材料的影響，提高了電池效能，延長可電池的壽命。

（3）可以連續不斷地工作，適合部分符合特性的要求，這些優越的效能為PEMFC在FCEV上使用帶來了很大便利。

（4）單體電池的電壓高，是電動汽車比較理想的一種電源，有利於減輕電動車輛的整備質量和降低電動車輛使用費用。

（5）燃料電池的染料有氫氣、甲醇和汽油三種。根據燃料電池的發電原理，氫氣是最理想的燃料，原因是氫氣可以直接參與電化學反應。氫氣燃料電池的產物中只有潔淨的水蒸氣，對環境不會造成任何汙染。

2、燃料電池的應用，燃料電池作為移動式電源的應用領域分為兩大類一是可用作行動式電源、小型移動電源、車載電源等，適用於軍事、通訊、計算機等領域，以滿足應急供電和高可靠性、高穩定性供電的需要。實際應用是手機電池、膝上型電腦等行動式電子裝置、軍用揹負式通訊電源、衛星通訊車載電源等；二是用作自行車、摩托車、汽車等交通工具的動力電源，以滿足環保對車輛排放的要求。從目前發展情況看，PEMFC是技術最成熟的電動車動力電源。

3、國際上，燃料電池研究開發領域的權威機構是加拿大Ballard能源系統公司，美國H-Power公司於1996年研製出世界上第一輛以燃料電池為動力源的大巴士。近年來，我國對燃料電池電動車的研發也極為重視，被列為國家重點科技攻關計劃。上海神力公司、富源燃料電池有限公司、清華大學、中科院大連化物所已分別研製出遊覽觀光車、中巴車樣車，其效能接近或達到國際先進水平。

4、燃料電池除適用於交通電源外，也非常適用於固定式電源。即可與電網系統互聯，用於調整電網峰值，也可用作海島、山區、邊遠地區或作為國防（人防）發供電系統電源。

5、採用多臺燃料電池發電機聯網還可構成分散式供電系統。分散式供電系統有以下優點：

（1）可省去電網線路及配電排程控制系統。

（2）有利於熱電聯供（由於PEMFC電站無噪聲，可就近安裝，PEMFC發電所產生的熱可進入供熱系統），可使燃料總利用率高達80%以上。

（3）受戰爭和自然災害等影響比較小，尤其適宜於現代戰爭條件下的主動防護需要。

（4）通過天然氣、煤氣重整製氧，可利用現有天然氣、煤氣供氣系統等基礎設施為燃料電池提供燃料。

（5）通過再生能源制氫（電解水制氫、太陽能電解制氫、生物制氫）則可形成迴圈利用系統（這種迴圈系統特別適用於邊遠地區），使系統建設成本和執行成本降低。國際上普遍認為，隨著燃料電池的推廣利用，發展分散型電站將是一個趨勢。

6、由於燃料電池工作溫度低，紅外輻射少，無振動，沒有噪聲，因此特別適合用作為現代軍用電源。1998年8月，美國國防部在向國會國防委員會呈遞的報告中指出：移動電力是永久性防禦設施最基本的五大要素之一；燃料電池發電技術替代常規發電裝置的迅速演變，給未來發電系統採用氫氣作為主燃料開闢了道路；由於能量轉換效率（超過60%）很高，操作維護極為簡單，燃料電池發電機使氫能源作為主燃料的應用極為可靠而高效。因此，把作戰燃料改為氫，將獲得更加高效可靠的發電系統、更低的排放、更低的噪聲、極大地減小熱輻射和紅外成像，便於偽裝和隱蔽作戰。

7、PEMFC發電機的諸多優越效能，使其在航空航天及超級移動裝置、水下潛艇、軍事工程、通訊工程、車輛動力電源、單兵和部（分）隊便攜電源、邊遠地區、海防哨所以及人防工程中都具有極好的應用前景。早在20世紀60年代，美國航空航天局（NASA）就與通用電氣公司（GE）聯合開發燃料電池發電機，並多次用於雙子星座衛星計劃的飛行。特別是1968年採用Nafion膜後，在發射的生物衛星上使用的燃料電池發電機，其壽命在實驗室已達57000h。後來，NASA又與Hamilton標準公司合作研製RPC（再生燃料電池）系統，目的是配合太陽能發電系統組成用於火星探測飛行器或月球基地的動力電源（太陽能電解水裝置功率35kw，PEMFC發電機功率25kw）.美國空軍也與Treadwell公司簽訂協議研究用於衛星的RFC系統（燃料電池功率12kw,電壓V）。

8、在超級移動裝備（HMU）應用方面，NASA與EPSI公司合作開發採用金屬氫化物儲氫的200W·h能量的PEMFC系統，以替代現有裝備中採用的可充電電池，可有效提高能量儲存密度和一次性充能能量以及迴圈壽命、充能速度。

9、燃料電池在軍事領域的一個重大用途是作為海軍艦艇的動力電源。PEMFC發電機作為潛艇不依賴於空氣的推進動力（AIP）源，與斯特林發動機和閉式迴圈柴油機相比，具有效率高、噪聲低和紅外輻射小等優點，在攜帶相同質量或體積燃料氣時，潛艇續航能力最強（大約為斯特林發動機的2倍），且沒有汙染，因此燃料電池是潛艇AIP系統的最佳選擇。德國從1980年（也是世界上最早）開始研究燃料電池發電機的潛艇，目前德國已能生產212、214型號的基於燃料電池發電機的潛艇。而美國海軍與AP公司合作開始研製以柴油重整制氫為氫源的燃料電池發電機，還與Treadwell公司合作設計並製造了用於水下探測器的燃料電池電源。

10、燃料電池的諸多優點，使其在重要的民用設施如智慧大廈、醫院、賓館以及國防（人防）領域都具有極好的前景。目前這些地方的供電系統均採用以外電為主、柴油發電機組為輔的供電方式。當外電毀壞啟用柴油發電機組時，由於柴油發電機組存在煙氣排放，隱蔽性差、震動大、噪聲高、環保效能差等諸多缺點，更不適合在未來高科技戰爭中使用。因此，研究基於PEMFC的發電系統可有效利用氫能實現環保，對民用供電和國防建設都有極為重要的意義。