燃料電池發(fā)展前景及其應(yīng)用(參考版)
2024-09-08 15:52本頁面
【正文】 。 由我國自主研制的燃料電池城市客車和戴姆勒 —克萊斯勒公司生產(chǎn)的燃料電池公共汽車， 于 2020 年 5 月 駛上北京街頭，把參加第二屆國際氫能論壇的與會代表送達(dá)人民大會堂會場。于 2020 年 8月問世。裝載第一代燃料電池發(fā)動機的 39。超越二號 39。車身，整個試裝過程在 2020 年 5 月完成。的臺架車已通過專家組的驗收，并試裝 39。 上海研制的第二代燃料電池轎車 39。根據(jù)兩地地域和資源特點，設(shè)計出燃料電池公共汽車系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)后，采用全球招標(biāo)的方式購置 12 輛燃料電池公共汽車，并建立 相應(yīng)加氫設(shè)施。聯(lián)試結(jié)果不僅證明了燃料電池的抗 CO 能力很好，而且采用燃料電池尾氣作為制氫系統(tǒng)的燃料氣，實現(xiàn)了全系統(tǒng)的能量平衡和優(yōu)化利用。大連化物所 5 kw 級甲醇自熱轉(zhuǎn)化氫源系統(tǒng)與燃料電池一次聯(lián)試也取得成功，集成的轉(zhuǎn)化氫源系統(tǒng)和轉(zhuǎn)化氣燃料電池技術(shù)標(biāo)志著我國在甲醇自熱轉(zhuǎn)化氫源系統(tǒng)和轉(zhuǎn)化氣燃料電池的研制方面取得了突破性進(jìn)展。 國家已將質(zhì)子交換膜燃料電池列為重點攻關(guān)項目，以大連化學(xué)物理所為牽頭單位，在國內(nèi)全面開展了質(zhì)子交換膜燃料電池的材料和電池系統(tǒng)的研究，并組裝了多臺各種功率（ 1kw~25kw）的電池組和電池系統(tǒng)，達(dá)到了電動車動力源的要求。 大多數(shù)主要的石油公司都在開發(fā)少投資的脫硫方法，以滿足新的燃料法規(guī)，這些方法包括新催化劑配方的開發(fā)、指定反應(yīng)和工藝條件、設(shè)計新的反應(yīng)器或者開發(fā)基于吸附、氧化、膜分離、生物技術(shù)或離子液體的全新的工藝，這些方法中的有一些可望應(yīng)用于煉油廠生產(chǎn)超清潔燃料，它們也將作為美國“ 21 世紀(jì)夢想”能源計劃的煉油廠技術(shù)脫穎而出。因為芳烴和烯烴在該反應(yīng)中已基本上被飽和，因此生成的超低 硫汽油（ ULSG）不含硫醇，硫醇通常由 H2S 和烯烴再組合才能生成。最后再用吸附步驟使其硫含量減少到約 20PPb，則可使該燃料用作燃料電池的氫源。使用固定床加氫處理，操作條件為 280℃ 、液時空速（ WHSV）為 4~16。這種催化劑由鈀 鉑合金（ Pd： Pt=4： 1）的納米顆粒組成，負(fù)載于不穩(wěn)定的 Y 型分子篩上，并用鐿（ YbUSY 分子篩）使之穩(wěn)定。雖然某些來源的烴類低含硫，如處理過的天然氣、甲醇、天然氣合成油（ GTL）和二甲醚（ DME），但日本國家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院（ AIST）的研究人員認(rèn)為，超低硫汽油（ ULSG）也可望成為較好的氫源。該吸附劑在被飽和之前，可凈化 10 倍于其體積的燃料，一旦吸附劑被飽和，硫化物可用極性溶劑洗滌使之除去，吸附劑可以回用。 SARS工藝不使用氫氣，為此烯烴和其他芳烴不被加氫。 正在開發(fā)的清潔燃料生產(chǎn)技術(shù)是稱為選擇性吸附脫硫（ SARS）的工藝，該工藝使用基于過渡金屬的吸附劑，負(fù)載在多孔固體載體上，如 MCM41 硅鋁酸鹽分子篩。 業(yè)已開發(fā)的現(xiàn)有技術(shù)雖可去除大量硫，但其余的噻吩化合物尤其是 4,6二甲基二 苯并噻吩去除很困難。要滿足新的燃料規(guī)范存在許多復(fù)雜因素，既要去除硫又要保持汽油必要的高辛烷值是很辣手的課題。這些工藝過程需要催化劑和氫氣，在高溫和高壓下反應(yīng)，噻吩環(huán)被加氫，然后使硫成為H2S 被汽提掉。它們作為主要的燃料調(diào)合料含有大量硫。降低燃料尤其是車用柴油和汽油中的硫含硫是很棘手的問題。美國能源新法規(guī)要求汽油含硫從 350μ g/g 減小到 30μg/g，柴油含硫從 500μ g/g 減小到 15μ g/g， 2020 年實施。 燃料電池所用能源的重要一環(huán)是供應(yīng)超清潔燃料。雪佛龍德士古公司也和通用汽車公司多年來合作研究開發(fā)汽油型燃料電池汽車。 通用汽車公司和?？松梨诠鹃_發(fā)了汽油為燃料的燃料電池高效轉(zhuǎn)化器，可產(chǎn)生高質(zhì)量的氫氣用以驅(qū)動燃料電池。由于使用汽油，現(xiàn)有的汽油加油站也能得到充分利用。 5. 汽油燃料電池 通用汽車公司和豐田汽車公司均致力于汽油燃料電池的開發(fā)。研究人員正在改進(jìn)技術(shù)以提高產(chǎn)氫率。 如果乙醇被用來生產(chǎn)氫氣而不是作為燃料被燃燒，則整個過程效率可提高 3倍。生物柴油（菜子油衍生的脂肪酸甲酯）也可望應(yīng)用，但高的油價限制了其經(jīng)濟(jì)性。該過程在現(xiàn)有乙醇價格下具有競爭性，并且可望使用未經(jīng)脫水就可用作燃料的較廉價的乙醇。該工藝過程對于主要為液體燃料貯存的小型便攜式燃料電池，可低費用地產(chǎn)生氫氣。 4. 乙醇燃料電池 美國明尼蘇達(dá)大學(xué)開發(fā)了具有商業(yè)化潛力的反應(yīng)器，該反應(yīng)器可從乙醇制取燃料電池用氫。據(jù)預(yù)測，燃料電池將為 2020 年甲醇需求增加 70 萬噸、 2020 年增加 850 萬噸、 2020 年增加 6000 萬噸。其工作溫度范圍可從室溫到 135℃。該研究中心提出模擬生物酶燃料電池催化劑的思路，采用廉價、性能高的模擬生物酶代替當(dāng)今燃料電池中使用的價格高、資源受限的鉑催化劑研制成這種新型燃料電池，并在實驗室發(fā)電成功。由于這種 DMFC 能量密度高而且裝置緊湊，故它將是便攜式終端裝置用的下一代電力來源。 另據(jù)報道，日本可樂麗公司研究的用于直接甲醇燃料電池的高功能烴基電解膜獲得成功。所謂的甲醇滲透就是甲醇通過電池另一側(cè)與陰極處的氧反應(yīng)產(chǎn)生熱而不是發(fā)電，因此會導(dǎo)致燃料電池功能減退。據(jù)悉，該電解膜是碳籠烯衍生物和粘
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