DOC《燃料电池到底是什么技术》

燃料电池到底是什么技术 燃料电池,是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应,把燃料中的化学能转化成电能的电池.

丰田燃料电池车上市脚步渐近,把燃料电池技术的应用再次带进人们的视野. 燃料电池有多种类型,但是它们都有相同的工作模式.它们主要由三个相邻区段组成:阳极、电解质和阴极.两个化学反应发生在三个不同区段的接口之间.两种反应的净结果是燃料的消耗、水或二氧化碳的产生,和电流的产生,可以直接用于电力设备. 燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型;

按电解质种类又可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC). 20多年来,燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段,燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展.在所有燃料电池中,碱性燃料电池(AFC)发展速度最快,主要为空间任务,包括航天飞机提供动力和饮用水;

质子交换膜燃料电池(PEMFC)已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用;

磷酸燃料电池(PAFC)作为中型电源应用进入了商业化阶段,是民用燃料电池的首选;

熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)也已完成工业试验阶段;

起步较晚的固态氧化物燃料电池(SOFC)作为发电领域最有应用前景的燃料电池,是未来大规模清洁发电站的优选对象,100kW管式SOFC电站已经在荷兰运行,Siemens和三菱重工都进行了SOFC发电系统的试验研究.相比之下,SOFC、MCFC和PEMFC会是最有前景的技术路线. 氢燃料电池优势及产业链分析 氢燃料电池,即使用氢气作为燃料,利用电解水的逆反应产电的一种燃料电池,是目前发展最好的燃料电池. 其工作原理即:将氢气送到电池的阳极板,通过催化剂的作用,氢原子变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子,其中氢离子通过电解质到达阴极板,而电子不能通过电解质,而只能通过外部电路形成电流.电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水. 氢燃料电池阴极板供给的氧可直接从空气中获得,因此仅需不断给阳极板供应氢气并及时把水带走,氢燃料电池就可以不断提供电能.相对于其他能源,氢燃料电池的发电过程无污染,能量转换效率更高,且其燃料氢气来源广泛,可再生.

1、零污染 燃料电池属于清洁能源的一部分,由于其反应过程就是无污染的水反应,反应过程不会产生污染物,其主要污染物来自于燃料,可能存在氮氧化物等污染.相对于普通火力发电的空气污染以及传统电池的重金属污染而言,燃料电池对环境的污染程度远远降低.而氢燃料电池,其燃料为纯净无污染的氢气,相对其他燃料而言,废气中也不存在污染物.可以说,氢燃料电池就是一个能真正实现零污染的环保能源.

2、高效的能量转换效率 燃料电池的发电效率也处于较高水平.在各种发电方式中,传统火力发电效率在30%左右,远低于燃料电池平均的40%-60%效率.而在汽车领域的应用中,燃料电池的效率可达60%,也高于目前汽车普遍使用的内燃机效率.总体而言,燃料电池的能量转换效率在其类似替代能源中都处于较高水平.

3、易于获得燃料 氢是宇宙中最常见的元素,氢及其同位素占到了太阳总质量的84%,宇宙质量的75%都是氢.氢分子在地球上不是以天然的气体存在,大部分氢结合氧存在水中,可以说水资源在一定程度上代表了氢能的储存量. 制氢的能源和燃料可以来自多种来源例如天然气、核能、太阳能、风力、生物燃料、煤矿、其他化石燃油、地热.目前氢气主要是作为一种中间产品而生产的.主要是由化石能源天然气(CH4)、原油(烃)或煤等原料,与水蒸汽在高下经蒸汽转化法、部分氧化法、煤气化法等工艺生成. 氢燃料电池主要包括电池组件和燃料两个部分.因此其上游主要是氢气供应以及电池零组件.氢气供应部分主要是为燃料氢气而准备的,主要流程包括氢气生产、输送和充气机.而电池零组件部分则主要生产燃料电池组、氢气存储设备和配件.中游则是将上述组装,形成一个完整的可投入使用的燃料电池系统,每种系统构成都依据其不同的应用领域而有所不同.下游的应用板块则主要包括了固定、交通运输和便携式三个主要领域. 产业链的核心在于中游的燃料电池系统,系统的组成必定要对应下游的应用,而在燃料电池系统中,燃料电池模块是最为重要的.一般燃料电池由电解质、催化剂和双极板构成,在这三者中,催化剂的有无对燃料电池成本的影响最为巨大.对于PEMFC来说,由于其使用昂贵的铂族金属作为催化剂,其价格一直居高不下,可以说,催化剂是燃料电池价格的决定性因素之一.另一个重要的决定因素这是电解质,不同技术类型的燃料电池堆电解质的要求不同,不同的电解质的价格也会有所不同,并最终对燃料电池价格产生影响. 固定领域引领氢燃料电池市场 氢燃料电池早在20世纪60年代就因其体积小、容量大的特点而成功应用于航天领域.进入70年代后,随着技术的不断进步,氢燃料电池也逐步被运用于发电和汽车.现如今,伴随各类电子智能设备的崛起以及新能源汽车的风靡,氢燃料电池主要应用于三大领域:固定领域、运输领域、便携式领域. 2012年,全球燃料电池系统的出货量近3万台,同比增长约34%,相对2008年增长超过321%.而在其中,固定式燃料电池的增长最为显著,从2008年的2000台迅速上升至2012年的2.5万台.交运用燃料电池的发展则相对平稳,在未来其发展的主要看点集中在轻型燃料电池电动汽车数量的增加和物料搬运设备市场的大幅增长. 在三个主要领域中,便携式领域的发展几乎处于停滞状态,即使目前已有许多公司陆续推出手机用氢燃料电池,但就整体而言,该类产品的商业化尚未得到实现,未来发展还需很长时间.日本富士经济公司针对产业和商业、家用、燃料电池车、叉车等驱动、便携和应急以及便携终端6个领域进行了调查,预测称到2025年,全球市场总计将达到51843亿日元,相当于2011年的74.2倍. 单就氢燃料电池产业来讲,根据工研院IEK的统计,2011年全球氢能与燃料电池市场规模为10.3亿美元,较2010年6.7亿美元成长54%.日本日经bp清洁技术研究所日前发布的《世界氢能源基础设施项目总览》显示,到2015年预计包括液化氢基地、管道、固定式燃料电池以及燃料电池车在内的全球氢能源基础设施市场规模只有7万亿日元左右,但在2015年以后,氢能源基础设施市场开始缓慢增长;