【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 屬間化合物作電極材料以降低它的溶解。 中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所近年來(lái)也開(kāi)始了MCFC的研究，主要著重于研究氧化鎳陰極與熔融鹽的相互作用。 1995年上海交通大學(xué)與長(zhǎng)慶油田合作開(kāi)始了MCFC的研究，目標(biāo)是共同開(kāi)發(fā)5kW～10kW的MCFC。 中國(guó)科學(xué)院電工研究所在八五期間，考察了國(guó)外MCFC示范電站的系統(tǒng)工程，調(diào)查了電站的運(yùn)行情況，現(xiàn)已開(kāi)展了MCFC電站系統(tǒng)工程關(guān)鍵技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。 . SOFC的研究簡(jiǎn)況 最早開(kāi)展SOFC研究的是中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所他們?cè)?971年就開(kāi)展了SOFC的研究，主要側(cè)重于SOFC電極材料和電解質(zhì)材料的研究。80年代在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)的資助下又開(kāi)始了SOFC的研究，系統(tǒng)研究了流延法制備氧化鋯膜材料、陰極和陽(yáng)極材料、單體SOFC結(jié)構(gòu)等，已初步掌握了濕化學(xué)法制備穩(wěn)定的氧化鋯納米粉和致密陶瓷的技術(shù)。 吉林大學(xué)于1989年在吉林省青年科學(xué)基金資助下開(kāi)始對(duì)SOFC的電解質(zhì)、陽(yáng)極和陰極材料等進(jìn)行研究,組裝成單體電池，通過(guò)了吉林省科委的鑒定。1995年獲吉林省計(jì)委和國(guó)家計(jì)委450萬(wàn)元人民幣的資助，先后研究了電極、電解質(zhì)、密封和聯(lián)結(jié)材料等,，電流密度400mA/cm2，4個(gè)單體電池串聯(lián)的電池組能使收音機(jī)和錄音機(jī)正常工作。 1991年中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所在中國(guó)科學(xué)院資助下開(kāi)展了SOFC的研究，從研制材料著手,制成了管式和平板式的單體電池，～，電流密度為150mA/cm2～180mA/cm2，～。1994年該所從俄羅斯科學(xué)院烏拉爾分院電化學(xué)研究所引進(jìn)了20W～30W塊狀疊層式SOFC電池組,電池壽命達(dá)1200h。他們?cè)诜治龆砹_斯疊層式結(jié)構(gòu)、美國(guó)Westinghouse的管式結(jié)構(gòu)和德國(guó)Siemens板式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了六面體式新型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)吸收了管式不密封的優(yōu)點(diǎn)，電池間組合采用金屬氈柔性聯(lián)結(jié)，并可用常規(guī)陶瓷制備工藝制作。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)于1982年開(kāi)始從事固體電解質(zhì)和混合導(dǎo)體的研究，于1992年在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)和863計(jì)劃的資助下開(kāi)始了中溫SOFC的研究。一種是用納米氧化鋯作電解質(zhì)的SOFC，工作溫度約為450℃。另一種是用新型的質(zhì)子導(dǎo)體作電解質(zhì)的SOFC，已獲得接近理論電動(dòng)勢(shì)的開(kāi)路電壓和200mA/cm2的電流密度。此外,他們正在研究基于多孔陶瓷支撐體的新一代SOFC。 清華大學(xué)在90年代初開(kāi)展了SOFC的研究，他們利用緩沖溶液法及低溫合成環(huán)境調(diào)和性新工藝成功地合成了固體電解質(zhì)、空氣電極、燃料電極和中間聯(lián)結(jié)電極材料的超細(xì)粉,并開(kāi)展了平板型SOFC成型和燒結(jié)技術(shù)的研究,取得了良好效果。 華南理工大學(xué)于1992年在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、廣東省自然科學(xué)基金、汕頭大學(xué)李嘉誠(chéng)科研基金、廣東佛山基金共一百多萬(wàn)元的資助下開(kāi)始了SOFC的研究,組裝的管狀單體電池，用甲烷直接作燃料,最大輸出功率為4mW/cm2，電流密度為17mA/cm2，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)140h，電池性能無(wú)明顯衰減。 中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所在1994年開(kāi)始SOFC研究，用超細(xì)氧化鋯粉在1100℃下燒結(jié)制成穩(wěn)定和致密的氧化鋯電解質(zhì)。該所從80年代初開(kāi)始煤氣化熱解的研究，以提供太陽(yáng)能燃料電池的氣源。煤的灰熔聚氣化過(guò)程已進(jìn)入工業(yè)性試驗(yàn)階段，正在鎮(zhèn)江市建立工業(yè)示范裝置。該所還開(kāi)展了使煤氣化熱解的煤氣在高溫下脫硫除塵和甲醇脫氫生產(chǎn)合成氣的研究，合成氣中CO和H2的比例為1∶2，已有成套裝置出售。 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理所于1994年開(kāi)展了SOFC的研究工作，在電極和電解質(zhì)材料的研究上取得了可喜的進(jìn)展。 中國(guó)科學(xué)院北京物理所于1995年在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)的資助下，開(kāi)展了用于SOFC的新型電解質(zhì)和電極材料的基礎(chǔ)性研究。 5．國(guó)外太陽(yáng)能燃料電池發(fā)展?fàn)顩r 發(fā)達(dá)國(guó)家都將大型太陽(yáng)能燃料電池的開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，企業(yè)界也紛紛斥以巨資，從事太陽(yáng)能燃料電池技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在已取得了許多重要成果，使得太陽(yáng)能燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)而廣泛應(yīng)用于發(fā)電及汽車上。值得注意的是這種重要的新型發(fā)電方式可以大大降低空氣污染及解決電力供應(yīng)、電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題，2MW、11MW成套太陽(yáng)能燃料電池發(fā)電設(shè)備已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，各等級(jí)的太陽(yáng)能燃料電池發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達(dá)國(guó)家建成。太陽(yáng)能燃料電池的發(fā)展創(chuàng)新將如百年前內(nèi)燃機(jī)技術(shù)突破取代人力造成工業(yè)革命，也像電腦的發(fā)明普及取代人力的運(yùn)算繪圖及文書處理的電腦革命，又如網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)展改變了人們生活習(xí)慣的信息革命。太陽(yáng)能燃料電池的高效率、無(wú)污染、建設(shè)周期短、易維護(hù)以及低成本的潛能將引爆21世紀(jì)新能源與環(huán)保的綠色革命。如今，在北美、日本和歐洲，太陽(yáng)能燃料電池發(fā)電正以急起直追的勢(shì)頭快步進(jìn)入工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的階段，將成為21世紀(jì)繼火電、水電、核電后的第四代發(fā)電方式。太陽(yáng)能燃料電池技術(shù)在國(guó)外的迅猛發(fā)展必須引起我們的足夠重視，現(xiàn)在它已是能源、電力行業(yè)不得不正視的課題。 ．磷酸型太陽(yáng)能燃料電池(PAFC) 受1973年世界性石油危機(jī)以及美國(guó)PAFC研發(fā)的影響，日本決定開(kāi)發(fā)各種類型的太陽(yáng)能燃料電池，PAFC作為大型節(jié)能發(fā)電技術(shù)由新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）進(jìn)行開(kāi)發(fā)。自1981年起，進(jìn)行了1000kW現(xiàn)場(chǎng)型PAFC發(fā)電裝置的研究和開(kāi)發(fā)。1986年又開(kāi)展了200kW現(xiàn)場(chǎng)性發(fā)電裝置的開(kāi)發(fā)，以適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)或商業(yè)用的PAFC發(fā)電裝置。 富士電機(jī)公司是目前日本最大的PAFC電池堆供應(yīng)商。截至1992年，該公司已向國(guó)內(nèi)外供應(yīng)了17套PAFC示范裝置，富士電機(jī)在1997年3月完成了分散型5MW設(shè)備的運(yùn)行研究。作為現(xiàn)場(chǎng)用設(shè)備已有50kW、100kW及500kW總計(jì)88種設(shè)備投入使用。下表所示為富士電機(jī)公司已交貨的發(fā)電裝置運(yùn)行情況，到1998年止有的已超過(guò)了目標(biāo)壽命4萬(wàn)小時(shí)。表 現(xiàn)場(chǎng)用PAFC太陽(yáng)能燃料電池的運(yùn)行情況容量 臺(tái)數(shù) 累計(jì)運(yùn)行時(shí)間 最長(zhǎng)累計(jì) 最長(zhǎng)連續(xù) 1萬(wàn)h 2萬(wàn)h 3萬(wàn)h50kW66 1018411 33655 7098 54 15 4100kW 19 274051 356076926 11 4 3500kW 3 4343716910 42143 0 0東芝公司從70年代后半期開(kāi)始，以分散型太陽(yáng)能燃料電池為中心進(jìn)行開(kāi)發(fā)以后，將分散電源用11MW機(jī)以及200kW機(jī)形成了系列化。11MW機(jī)是世界上最大的太陽(yáng)能燃料電池發(fā)電設(shè)備，從1989年開(kāi)始在東京電力公司五井火電站內(nèi)建造，1991年3月初發(fā)電成功后，直到1996年5月進(jìn)行了5年多現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)2萬(wàn)小時(shí)，%。在小型現(xiàn)場(chǎng)太陽(yáng)能燃料電池領(lǐng)域，1990年?yáng)|芝和美國(guó)IFC公司為使現(xiàn)場(chǎng)用太陽(yáng)能燃料電池商業(yè)化，成立了ONSI公司，以后開(kāi)始向全世界銷售現(xiàn)場(chǎng)型200kW設(shè)備PC25系列。PC25系列太陽(yáng)能燃料電池從1991年末運(yùn)行，到1998年4月，共向世界銷售了174臺(tái)。其中安裝在美國(guó)某公司的一臺(tái)機(jī)和安裝在日本大阪梅田中心的大阪煤氣公司2號(hào)機(jī)，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間相繼突破了4萬(wàn)小時(shí)。從太陽(yáng)能燃料電池的壽命和可靠性方面來(lái)看，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間4萬(wàn)h是太陽(yáng)能燃料電池的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。東芝ONSI已完成了正式商用機(jī)PC25C型的開(kāi)發(fā)，早已投放市場(chǎng)。PC25C型作為21世紀(jì)新能源先鋒獲得日本通商產(chǎn)業(yè)大獎(jiǎng)。從太陽(yáng)能燃料電池商業(yè)化出發(fā)，該設(shè)備被評(píng)價(jià)為具有高先進(jìn)性、可靠性以及優(yōu)越的環(huán)境性設(shè)備。它的制造成本是$3000/kW，近期將推出的商業(yè)化PC25D型設(shè)備成本會(huì)降至$1500/kW，體積比PC25C型減少1/4，質(zhì)量?jī)H為14t。明年即2001年，我國(guó)就將迎來(lái)第一座PC25C型太陽(yáng)能燃料電池電站，它主要由日本的MITI（NEDO）資助的，這將是我國(guó)第一座太陽(yáng)能燃料電池發(fā)電站。 PAFC作為一種中低溫型（工作溫度180210℃）太陽(yáng)能燃料電池，不但具有發(fā)電效率高、清潔、無(wú)噪音等特點(diǎn)，而且還可以熱水形式回收大部分熱量。下表給出先進(jìn)的ONSI公司PC25C型200kW PAFC的主要技術(shù)指標(biāo)。最初開(kāi)發(fā)PAFC是為了控制發(fā)電廠的峰谷用電平衡，近來(lái)則側(cè)重于作為向公寓、購(gòu)物中心、醫(yī)院、賓館等地方提供電和熱的現(xiàn)場(chǎng)集中電力系統(tǒng)。 表 ONSI公司PC25C型PAFC主要技術(shù)指標(biāo)電力輸出發(fā)電效率燃料 質(zhì)量 排熱利用 環(huán)境狀況NOX 體積200kW 40% 城市煤氣 42% 10106 33 PAFC用于發(fā)電廠包括兩種情形：分散型發(fā)電廠，容量在1020MW之間，安裝在配電站；中心電站型發(fā)電廠，容量在100MW以上，可以作為中等規(guī)模熱電廠。PAFC電廠比起一般電廠具有如下優(yōu)點(diǎn)：即使在發(fā)電負(fù)荷比較低時(shí)，依然保持高的發(fā)電效率；由于采用模塊結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單，省時(shí)，并且電廠擴(kuò)容容易。 下圖為ONSI PC25C型電站：ONSIPC25C型電站．質(zhì)子交換膜太陽(yáng)能燃料電池(PEMFC) 著名的加拿大Ballard公司在PEMFC技術(shù)上全球領(lǐng)先，現(xiàn)在它的應(yīng)用領(lǐng)域從交通工具到固定電站，其子公司Ballard Generation System被認(rèn)為在開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和市場(chǎng)化零排放質(zhì)子交換膜太陽(yáng)能燃料電池上處于世界領(lǐng)先地位。Ballard Generation System 最初產(chǎn)品是250kW太陽(yáng)能燃料電池電站，其基本構(gòu)件是Ballard太陽(yáng)能燃料電池，利用氫氣（由甲醇、天然氣或石油得到）、氧氣（由空氣得到）不燃燒地發(fā)電。Ballard公司正和世界許多著名公司合作以使Ballard Fuel Cell 商業(yè)化。Ballard Fuel Cell 已經(jīng)用于固定發(fā)電廠：由Ballard Generation System，GPU International Inc.，Alstom SA 和 EBARA公司共同組建了Ballard Generation System，共同開(kāi)發(fā)千瓦級(jí)以下的太陽(yáng)能燃料電池發(fā)電廠。經(jīng)過(guò)5年的開(kāi)發(fā)，第一座250kW發(fā)電廠于1997年8月成功發(fā)電，1999年9月送至Indiana Cinergy，經(jīng)過(guò)周密測(cè)試、評(píng)估，并提高了設(shè)計(jì)的性能、降低了成本，這導(dǎo)致了第二座電廠的誕生，它安裝在柏林，250kW輸出功率，也是在歐洲的第一次測(cè)試。很快Ballard公司的第三座250kW電廠也在2000年9月安裝在瑞士進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，緊接著，在2000年10月通過(guò)它的伙伴EBARA Ballard 將第四座太陽(yáng)能燃料電池電廠安裝在日本的NTT公司，向亞洲開(kāi)拓了市場(chǎng)。在不同地區(qū)進(jìn)行的測(cè)試將大大促進(jìn)太陽(yáng)能燃料電池電站的商業(yè)化。第一個(gè)早期商業(yè)化電廠將在2001年底面市。下圖是安裝在美國(guó)Cinergy的Ballard太陽(yáng)能燃料電池裝置，目前正在測(cè)試： Ballard太陽(yáng)能燃料電池下圖是安裝在柏林的250kW PEMFC太陽(yáng)能燃料電池電站：250kWPEMFC太陽(yáng)能燃料電池電站在美國(guó)，Plug Power公司是最大的質(zhì)子交換膜太陽(yáng)能燃料電池開(kāi)發(fā)公司，他們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)、制造適合于居民和汽車用經(jīng)濟(jì)型太陽(yáng)能燃料電池系統(tǒng)。1997年，Plug Power 模塊第一個(gè)成功地將汽油轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。最近，Plug Power 公司開(kāi)發(fā)出它的專利產(chǎn)品Plug Power 7000居民家用分散型電源系統(tǒng)。商業(yè)產(chǎn)品在2001年初推出。家用太陽(yáng)能燃料電池的推出將使核電站、燃?xì)獍l(fā)電站面臨挑戰(zhàn)，為了推廣這種產(chǎn)品，1999年2月，Plug Power 公司和GE MicroGen成立了合資公司，產(chǎn)品改稱GE HomeGen 7000，由 GE MicroGen 公司負(fù)責(zé)全球推廣。此產(chǎn)品將提供7kW的持續(xù)電力。GE/Plug公司宣稱其2001年初售價(jià)為$1500/kW。他們預(yù)計(jì)5年后，大量生產(chǎn)的太陽(yáng)能燃料電池售價(jià)將降至$500/kW。假設(shè)有20萬(wàn)戶家庭各安裝一個(gè)7kW的家用太陽(yáng)能燃料電池發(fā)電裝置，其總和將接近一個(gè)核電機(jī)組的容量，這種分散型發(fā)電系統(tǒng)可用于尖峰用電的供給，又因分散式系統(tǒng)設(shè)計(jì)增加了電力的穩(wěn)定性，即使少數(shù)出現(xiàn)了故障，但整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)依然能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 在Ballard公司的帶動(dòng)下，許多汽車制造商參加了太陽(yáng)能燃料電池車輛的研制，例如：Chrysler (克萊斯勒)、Ford(福特)、GM(通用)、Honda (本田)、Nissan (尼桑)、Volkswagen AG(大眾)和Volvo(富豪)等，它們?cè)S多正在使用的太陽(yáng)能燃料電池都是由Ballard公司生產(chǎn)的，同時(shí)，它們也將大量的資金投入到太陽(yáng)能燃料電池的研制當(dāng)中，克萊斯勒公司最近給Ballard公司注入4億5千萬(wàn)加元用于開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能燃料電池汽車，大大的促進(jìn)了PEM