【文章內(nèi)容簡介】 膜燃料電池的研究工作。該所與美國CaseWesternReserve 大學(xué)和俄羅斯氫能與等離子體研究所等建立了長期協(xié)作關(guān)系。 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理所于 1993年開展了 PEMFC的研究 ,在電極工藝和電池結(jié)構(gòu)方面做了許多工作，現(xiàn)已研制成工作面積為 140cm2的單體電池，其輸出功率達 /cm2。 清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計院 1993年開展 了 PEMFC的研究 ,研制的單體電池在 流密度為 100mA/cm2，改進石棉集流板的加工工藝，并提出列管式 PEMFC的設(shè)計，該單位已與德國 Karlsrube研究中心建立了一定的協(xié)作關(guān)系。 天津大學(xué)于 1994年在國家自然科學(xué)基金會資助下開展了 PEMFC的研究，主要研究催化劑和電極的制備工藝。 復(fù)旦大學(xué)在 90 年代初開始研制直接甲醇 PEMFC，主要研究聚苯并咪唑膜的制備和電極制備工藝。 廈門大學(xué)近年來與香港大學(xué)和美國的 CaseWesternReserve 大學(xué)合作開展了直接甲醇PEMFC的研究。 1994年，上海大學(xué)與北京石油大學(xué)合作研究 PEMFC(八五 攻關(guān)項目 )，主要研究催化劑、電極、電極膜集合體的制備工藝。 北京理工大學(xué)于 1995年在兵器工業(yè)部資助下開始了 PEMFC的研究，目前單體電池的電流密度為 150mA/cm2。 中國科學(xué)院工程熱物理研究所于 1994 年開始研究 PEMFC，主營使用計算傳熱和計算流體力學(xué)方法對各種供氣、增濕、排熱和排水方案進行比較，提出改進的傳熱和傳質(zhì)方案。 天津電源研究所 1997年開始 PEMFC的研究 ,擬從國外引進 的電池，在解析吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上開展研究。 華南理工大學(xué)于 1997年初在廣東省佛山基金資助下開展了 PEMFC 的研究，與國家科委電動車示范區(qū)建設(shè)相配合作了一定的研究工作。其天然氣催化轉(zhuǎn)化制一氧化碳和氫氣的技術(shù)現(xiàn)已申請國家發(fā)明專利。 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 13 頁 共 30 頁 中科院電工研究所最近開展了電動車用 PEMFC系統(tǒng)工程和運行模式研究，擬與有色金屬研究院合作研究 PEMFC/光伏電池 (制氫 )互補發(fā)電系統(tǒng)和從國外引進 PEMFC裝置。 1995年北京富原公司與加拿大新能源公司合作進行 PEMFC的研制與開發(fā)， 5kW 的 PEMFC樣機現(xiàn)已研制成功并開始接受訂貨。 . MCFC的研究簡況 國內(nèi)開展 MCFC 研究的單位不太多。哈爾濱電源成套設(shè)備研究所在 80 年代后期曾研究過MCFC， 90年代初停止了這方面的研究工作。 1993年中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在中國科學(xué)院的資助下開始了 MCFC的研究，自制LiAlO2微粉，用冷滾壓法和帶鑄法制備出 MCFC 用的隔膜，組裝了單體電池，其性能已達到國際 80年代初的水平。 90 年代初，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所也開始了 MCFC 的研究，在 LiAlO2 微粉的制備 方法研究和利用金屬間化合物作 MCFC的陽極材料等方面取得了很大進展。 北京科技大學(xué)于 90 年代初在國家自然科學(xué)基金會的資助下開展了 MCFC的研究，主要研究電極材料與電解質(zhì)的相互作用，提出了用金屬間化合物作電極材料以降低它的溶解。 中國科學(xué)院上海冶金研究所近年來也開始了 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)與長慶油田合作開始了 MCFC 的研究，目標是共同開發(fā) 5kW～ 10kW的 MCFC。 中國科學(xué)院電工研究所在 八五 期間，考察了國外 MCFC 示范電站的系統(tǒng)工程，調(diào)查了電站的運行情況，現(xiàn)已開展了 MCFC電站系統(tǒng)工程關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)。 . SOFC的研究簡況 最早開展 SOFC研究的是中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所他們在 1971年就開展了 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 年代在國家自然科學(xué)基金會的資助下又開始了 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)基金資助下開始對 SOFC的電解質(zhì)、陽極和陰極材料等進行研究 ,組裝成單體電池，通過了吉林省科委的鑒定。 1995年獲吉林省計委和國家計委 450萬元人民幣的資助，先后研究了電極、電解質(zhì)、密封和聯(lián)結(jié)材料等 ,單體電池開路電壓達 ，電流密度 400mA/cm2， 4個單體電池串聯(lián)的電池組能使收音機和錄音機正常工作。 1991年中國科學(xué)院化工冶金研究所在中國科學(xué)院資助下開展了 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，功率密度達 ～ ，電流密度為150mA/cm2～ 180mA/cm2，工作電壓為 ～ 。 1994 年該所從俄羅斯科學(xué)院烏拉爾 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 14 頁 共 30 頁 分院電化學(xué)研究所引進了 20W～ 30W塊狀疊層式 SOFC電池組 ,電池壽命達 1200h。他們在分析俄羅斯疊層式結(jié)構(gòu)、美國 Westinghouse 的管式結(jié)構(gòu)和德國 Siemens 板式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了六面體式新型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)吸收了管式不密封的優(yōu)點，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。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于 1982年開始從事固體電解質(zhì)和混合導(dǎo)體的研究，于 1992年在國家自然科學(xué)基金會和 863計劃的資助下開始了中溫 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勢的開路電壓和 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)電極材料的超細粉 ,并開展了平板型 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年在國家自然科學(xué)基金會、廣東省自然科學(xué)基金、汕頭大學(xué)李嘉誠科研基金、廣東佛山基金共一百多萬元的資助下開始了 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)運轉(zhuǎn) 140h，電池性能無明顯衰減。 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所在 1994 年開始 SOFC研究，用超細氧化鋯粉在 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 年代初開始煤氣化熱解的研究，以提供燃料電池的氣源。煤的灰熔聚氣化過程已進入工業(yè)性試驗階段，正在鎮(zhèn)江市建 立工業(yè)示范裝置。該所還開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。 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理所于 1994年開展了 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展。 中國科學(xué)院北京物理所于 1995年在國家自然科學(xué)基金會的資助下，開展了用于 SOFC的新型電解質(zhì)和電極材料的基礎(chǔ)性研究。 5．國外燃料電池發(fā)展狀況 發(fā)達國家都將大型燃料電池的開發(fā)作為重點研究項目，企業(yè)界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池 技術(shù)的研究與開發(fā)，現(xiàn)在已取得了許多重要成果，使得燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機及內(nèi)燃機而廣泛應(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)峰問題， 2MW、 、 11MW 成套燃料電池發(fā)電設(shè)備已進入商業(yè)化生產(chǎn)，各等級的燃料電池發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達國家建成。燃料電池的發(fā)展創(chuàng)新將如百年前內(nèi)燃機技術(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慣的信息革命。燃料電池的高效率、無污染、建設(shè)周期短、易維護以及低成本的潛能將引爆 21世紀新能源與環(huán)保的綠色革命。如今，在北美、日本和歐洲，燃料電池發(fā)電正以急起直追的勢頭快步進入工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的階段，將成為 21 世紀繼火電、水電、核電后的第四代發(fā)電方式。燃料電池技術(shù)在國外的迅猛發(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。 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 15 頁 共 30 頁 ．磷酸型燃料電池 (PAFC) 受 1973年世界性石油危機以及美國 PAFC研發(fā)的影響，日本決定開發(fā)各種類型的燃料電池，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)開發(fā)機構(gòu)（ NEDO）進行開發(fā)。自 1981年起，進行了 1000kW現(xiàn)場型 PAFC發(fā)電裝置的研究和開發(fā)。 1986年又開展了 200kW現(xiàn)場性發(fā)電裝置的開發(fā)，以適用于邊遠地區(qū)或商業(yè)用的 PAFC發(fā)電裝置。 富士電機公司是目前日本最大的 PAFC電池堆供應(yīng)商。截至 1992年，該公司已向國內(nèi)外供應(yīng)了 17套 PAFC示范裝置，富士電機在 1997年 3月完成了分散型 5MW設(shè)備的運行研究。作為現(xiàn)場用設(shè)備已有 50kW、 100kW及 500kW總計 88 種設(shè)備投入使用。下表所示為富士電機公司已交貨的發(fā)電裝置運行情況，到 1998年止有的已超過了目標壽命 4萬小時。 表 現(xiàn)場用 PAFC燃料電池的運行情況 容量 臺數(shù) 累計運行時間 最長累計 最長連續(xù) 1萬 h 2萬 h 3萬 h 50kW 66 1018411 33655 7098 54 15 4 100kW 19 274051 35607 6926 11 4 3 500kW 3 43437 16910 4214 3 0 0 東芝公司從 70 年代后半期開始，以分散型燃料電池為中心進行開發(fā)以后，將分散電源用 11MW機以及 200kW機形成了系列化。 11MW機是世界上最 大的燃料電池發(fā)電設(shè)備，從 1989年開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月進行了 5年多現(xiàn)場試驗，累計運行時間超過 2 萬小時，在額定運行情況下實現(xiàn)發(fā)電效率 %。在小型現(xiàn)場燃料電池領(lǐng)域， 1990年東芝和美國 IFC公司為使現(xiàn)場用燃料電池商業(yè)化，成立了 ONSI公司，以后開始向全世界銷售現(xiàn)場型 200kW設(shè)備 PC25系列。 PC25系列燃料電池從 1991年末運行，到 1998年 4月，共向世界銷售了 174臺。其中安裝在美國某公司的一臺機和安裝在日本大阪梅田中心的大阪煤氣公司 2號機，累計運行時間相繼突破了 4萬小時。從燃料電池的壽命和可靠性方面來看，累計運行時間 4萬 h是燃料電池的長遠目標。東芝 ONSI已完成了正式商用機 PC25C型的開發(fā)，早已投放市場。 PC25C型作為 21世紀新能源先鋒獲得日本通商產(chǎn)業(yè)大獎。從燃料電池商業(yè)化出發(fā)，該設(shè)備被評價為具有高先進性、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)備成本會降至 $1500/kW，體積比 PC25C型減少1/4，質(zhì)量僅為 14t。明年即 20xx年，我國就將迎來第一座 PC25C型燃料電池電站， 它主要由日本的 MITI（ NEDO）資助的，這將是我國第一座燃料電池發(fā)電站。 PAFC作為一種中低溫型（工作溫度 180210℃ ）燃料電池，不但具有發(fā)電效率高、清潔、無噪音等特點，而且還可以熱水形式回收大部分熱量。下表給出先進的 ONSI 公司 PC25C 型200kW PAFC的主要技術(shù)指標。最初開發(fā) PAFC是為了控制發(fā)電廠的峰谷用電平衡，近來則側(cè)重于作為向公寓、購物中心、醫(yī)院、賓館等地方提供電和熱的現(xiàn)場集中電力系統(tǒng)。 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 16 頁 共 30 頁 表 ONSI公司 PC25C型 PAFC主要技術(shù)指標 電力輸出 發(fā)電效率 燃料 質(zhì)量