燃料电池是很有发展前途的新的动力电源,一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料,作为负极,用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的,因而电池容量取决于贮存的活性物质的量;而燃料电池的活性物质(燃料和氧化剂)是在反应的同时源源不断地输入的,因此,这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点,但由于成本高,系统比较复杂,仅限于一些特殊用途,如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。
1 燃料电池的特点
(1)能量转化效率高。效率高达50%一60%,通过对余热的二次利用,总效率可高达80%一85%。
(2)无污染,可实现零排放。工作过程的唯一产物是水。
(3)效率随输出变化的特性好。部分功率下运行效率可达60%,短时过载能力可达到200%的额定功率。
(4)运行噪声低,可靠性高。无机械运动部件,工作时仅有气体和水的流动。
(5)构造简单,便于维护保养。模块化结构,组装和维护方便;没有运动部件,磨损之类故障少。
(6)燃料(氢气)来源广泛。制备方法多样,可通过石油、甲醇等重整制氢,也可通过电解水、生物制氢等方法获取氢气。
(7)燃料补充方便。可以采用甲醇等液体为燃料,利用现有的加油站系统,采用与汽车加油大体相同的燃料补充方式短时间内完成燃料的补充。
(8)环境适应性强。它的功率密度高、过载能力大、可不依赖空气,因此可两栖使用,适应多种环境及气候条件。
2 燃料电池发展现状
在日本,日本经济产业省前几年就对燃料电池汽车开发与推广制定了时间表,其战略目标是:到2010年,日本使用的燃料电池汽车达到5万辆;2020年达到500万辆;到2030年,要全面普及燃料电池汽车。近期,日本又计划在5年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池,以及氢燃料电池科技。
在美国,燃料电池电动车曾被美国前总统布什作为“氢经济”论的“法宝”大肆宣传,但2006年2月他已改变了腔调,承认燃料电池电动车“不是近期的解决方法,也不是中期的解决方法,而确实是远期的方法”。在布什第二任总统任期的后3年里,“氢经济”论在美国已气息奄奄,燃料电池的研发重点已转向了基础性研究。2009年5月,美国政府正式宣布停止支持燃料电池电动车的研发。
在欧洲,欧盟2008年夏天决定斥资10亿欧元用于燃料电池和氢能源的研究和发展。欧盟此举旨在把燃料电池和氢能源技术发展成为能源领域的一项战略高新技术,使欧盟在燃料电池和氢能源技术方面处于世界领先地位,欧盟将力争在2020年前建立一个燃料电池和氢能源的庞大市场。
汽车业界普遍认同的一个观点是,燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物,代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池汽车的几个制约因素考虑进来,则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时问尚不具备商业化的条件。最乐观的预测,以纯氢为燃料的燃料电池汽车的商业化生产至少还需15年以上的时问,即使在一定程度上实现了商业化,也会是以一种高成本的方式。
3 燃料电池发展前景
燃料电池的特点决定了它具有广阔的应用前景。首先,它可以用作小型发电设备;其次,作为长效的“电池”;三是电动汽车上的应用。
燃料电池首先用作发电设备,是因为其价格有可能与一般的发电设备相竞争。但燃料电池在电动汽车上的商业应用前景是远期的,因为汽车需要的是发电机,发电机的价格远比燃料电池要便宜,因此在短期内,燃料电池汽车在价格上难以与其他汽车相竞争。现在燃料电池研究与开发集中在四大技术方面:(1)电解质膜;(2)电极;(3)燃料;(4)系统结构。日美欧各厂家开发面向便携电子设备的燃料电池,尤其重视(1)~(3)方面的材料研究与开发。