非常感謝悟空問答的邀請(qǐng),也很幸運(yùn)前不久我剛做過關(guān)于燃料電池介紹的一個(gè)小報(bào)告,對(duì)于燃料電池近來的發(fā)展有所了解。
在我查閱的很多文獻(xiàn)里,并沒有具體的給燃料電池按代來定義,我的理解是:因?yàn)檫@幾種燃料電池并沒有替代關(guān)系,他們是不同形式的燃料電池,各有優(yōu)劣。但是一定要按照出現(xiàn)的年代先后來分的話,還是可以的:
第一代燃料電池 :堿性燃料電池 (Alkaline Fuel Cell,AFC)
AFC是最早得到實(shí)際應(yīng)用的一種燃料電池,早在19世紀(jì)60年代,美國(guó)航空航天局(N A S A)就成功地將培根型堿性燃料電池用于阿波羅宇宙飛船,不但為飛船提供電力,還為宇航員提供飲用水。但是由于AFC在陸地上使用會(huì)受到空氣中CO2的毒化,導(dǎo)致其使用壽命較短,因此除在航空航天領(lǐng)域外,大部分的相關(guān)研究在上世紀(jì)七八十年代就終止了。
第二代 磷酸燃料電池(Phosphorous Acid FuelCell,PAFC)
A F C采用濃磷酸作為電解質(zhì),選用聚四氟乙烯(PTFE)粘結(jié)成的碳化硅(SiC)粉末作為隔膜材料,其厚度一般為100 ~200μm。P A F C隔膜兩邊分別是附有鉑(P t)/碳(C)催化劑的多孔石墨陰極和陽(yáng)極。
PAFC作為一種技術(shù)最成熟、發(fā)展最快、最接近實(shí)用的燃料電池,曾引起人們極大地關(guān)注。ONS I公司在PAFC技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位,1990年開始向全世界銷售200kW的 PC25型PAFC固定電站系統(tǒng),最長(zhǎng)滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到9500h,最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到3.7萬h。但是由于電池功率密度低,制造成本高,壽命短等原因沒有能夠推廣。
第三代 固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)
SOFC是一種高溫型全固體燃料電池,其電解質(zhì)是固體氧化物陶瓷材料。傳統(tǒng)的S O F C電解質(zhì)最常用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(Y S Z)、鎳基陽(yáng)極和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳酸鑭(L S M)基陰極。固體氧化物燃料電池屬于高溫燃料電池,其排氣有較高的溫度,可以提供天然氣重整所需熱量,也可以用來生產(chǎn)蒸汽,更可以和燃?xì)廨啓C(jī)組成聯(lián)合循環(huán),非常適用于分布式發(fā)電。2000 年在加拿大建設(shè)了220kW SOFC/GT 混合循環(huán)系統(tǒng)[8];美國(guó)清潔能源公司(BloomEnergy)為美國(guó)Google、EBay、Wal-Mart 等公司提供了超過100 套的100kWSOFC 系統(tǒng)。也是目前發(fā)展主流的燃料電池之一。
第四代 熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)
MCFC的電解質(zhì)為碳酸鋰-碳酸鈉(Li2CO3- Na2CO3)或者碳酸鋰-碳酸鉀(Li2CO3- K2CO3)混合物熔鹽,浸在用偏鋁酸鋰(LiAlO2)制成的多孔隔膜中。MCFC的陽(yáng)極催化劑通常采用鎳-鉻(Ni - Cr)、鎳-鋁(Ni - Al)合金;陰極催化劑則普遍采用氧化鎳(NiO)。MCFC電池的雙極板通常采用不銹鋼或鎳基合金鋼制成。從2001年,M C F C開始就作為分布式發(fā)電電源進(jìn)行示范,其中以美國(guó)燃料電池能源公司(Fuel Cell Energy)開發(fā)的0.25~3MW內(nèi)部改質(zhì)型MCFC為代表,聯(lián)合發(fā)電效率以低熱值為標(biāo)準(zhǔn)55%,并已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
第五代 質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理氫氣在陽(yáng)極催化劑作用下,解離為氫離子并釋放出電子。氫離子穿過交換膜到達(dá)陰極,電子則通過外電路到達(dá)陰極。電子在外電路形成電流,通過適當(dāng)連接可向負(fù)載輸出電能。氧氣在陰極催化劑作用下,與氫離子及電子發(fā)生反應(yīng)生成水,同時(shí)釋放熱量。
PEMFC技術(shù)主要應(yīng)用于客車、輕型汽車以及叉車等領(lǐng)域,我們提到的燃料電池汽車,就是指的PEMFC電池汽車。近年來,燃料電池汽車在性能方面取得了一定的突破。美國(guó) GM 公司的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)體積比功率已與傳統(tǒng)的四缸內(nèi)燃機(jī)相當(dāng);德國(guó) Daimler 公司通過3 輛 B 型Mercedes-Benz 燃料電池轎車F-Cell 的環(huán)球旅行向世人展示了燃料電池汽車的可使用性,其續(xù)駛里程、最高時(shí)速、加速性能等已與傳統(tǒng)汽油車相當(dāng)。
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