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燃料电池产业化与标准化情况

中国电器工业协会标准部卢琛钰 2007年11月1

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燃料电池概述燃料电池产业化情况燃料电池标准化情况以标准化推进产业化

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燃料电池概述1.1燃料电池将外部供应的燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其它反应产物的发电装置。

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1.2燃料电池不是电池(battery)燃料电池是一个发电装置或发电系统，甚至可以说“燃料电池是一个自动运行的发电厂”。需要有燃料处理系统、氧化剂处理系统、通风系统、水管理系统、热管理系统以及功率调节系统、自动控制系统等。

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System architecture系统体系机构

FC System燃料电池系统 Stack电池堆 Cell单体电池

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系统边界输入功率 (电或热)热管理系统

回收热量

燃料燃料处理系统燃料电池模块

废热

可用电功率功率调节系统

氧化剂水氧化剂处理系统水处理系统不活泼气体通风电磁敏感度，振动，风，雨，温度等通风系统内部功率需求废气，通风自动控制系统电磁干扰，噪声，振动废水

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燃料电池概述1.3燃料电池优点◇高效：不经过卡诺循环，能量转换效率高达60%80%;◇节能：主要以氢为燃料，来源多样性，而且比能量高；◇环保：发电产物为水，排气干净，噪声小，环境污染低。

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1.4燃料电池分类 1.4.1按电解质分类燃料电池 (Fuel cells)

碱性燃料电池(AFC)

磷酸燃料电池 (PAFC)

熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)

固体氧化物燃料电池 (SOFC)

质子交换膜燃料电池特种燃料电池 (PEMFC)

直接醇类燃料电池 (DMFC等)

金属-空气燃料电池8

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1.4.2按用途分类燃料电池 (Fuel cells)

固定式电站用燃料电池 (Stationary)

驱动和辅助动力用燃料电池 (propulsions and auxiliary power )

便携式燃料电池 (Portable )

微型燃料电池 (Micro)

其他用途燃料电池

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1.5各种燃料电池应用前景应用形式碱性燃料电池 (AFC)磷酸燃料电池 (PAFC)熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)固体氧化物燃料电池 (SOFC)质子交换膜燃料电池 (PEMFC)直接醇类燃料电池 (DMFC)

并网型固定式电站分布式热电联产电站驱动用动力系统辅助动力系统便携式电源 (百瓦级)微型电源 (瓦级)

☆☆★★☆

★★☆

★★★★

☆★★★★★★★★★10

(★表示可能，☆表示待研究)

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燃料电池概述

◆燃料电池产业化分析◆◆燃料电池标准化情况以标准化推进产业化

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燃料电池产业化分析(AFC)2.1碱性燃料电池(AFC)以强碱为电解质，氢为燃料，纯氧或空气为氧化剂，以贵金属

Pt、Ag等为催化剂。 AFC是最早获得应用的燃料电池，其辉煌的历史记录是在航天飞行中得到应用，在各种可移动动力电源和电动汽车动力电源为PEMFC的发展积累了经验。

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我国在20世纪70年代由于航天事业的推动，形成了一个碱性燃料电池研制的高潮，中科院大连化物所、天津电源研究所都分别研制了不同型号的碱性燃料电池。但由于AFC以浓碱为电解液，以纯氢或NH3、N2H4等为燃料，要除CO2,导致系统复杂化和成本增加。在 PEMFC出现并技术取得突破后，寻求地面和水下应用的燃料电池工作已转向PEMFC。13

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燃料电池产业化分析(PAFC)2.2磷酸燃料电池(PAFC)2.2.1以氢为燃料，空气为氧化剂，以磷酸为电解质，以贵金属铂为催化剂。其原理图：氢极板

燃料氢气氧化剂空气

氢电极炭化硅多孔隔膜 (饱浸磷酸水溶液)氧电极氧极板14

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2.2.2国外发展情况磷酸燃料电池(PAFC)目前应用最多的是分布式电站，经过30多年努力，全世界有200多座200kW的PAFC在运行。美国最早发展PAFC电站技术，而日本是 PAFC电站技术发展最快的国家，美国联合技术公司 (UTC)和日本的东芝公司(TOSHIBA)是PAFC技术水平最高的公司。 2.2.3我国发展情况我国广东番禺也曾有一台日本制造的200kW的PAFC试验运行，主要是利用猪粪发酵，产生沼气利用脱硫重整等技术将沼气转换为富氢气体，供PAFC使用。该项目是技术援助项目，但现在由于多种原因而停止。15

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2.2.4 PAFC前景不被看好总体来看，PAFC必须采用贵金属为电催化剂，而且由于启动时间长，作为备用电源、驱动用电源使用不及PEMFC方便，其应用领域只限于固定电站。其工作温度在200℃左右，作为热电联产用时，余热利用价值较低，因此其应用前景不被看好，有被其他燃料电池取代的趋势。