1、燃料电池技术,倪维斗教授（院士） 清华大学热能工程系 2009年7月,燃料电池是化学能直接转化成电能的一种动力设备,燃料电池的基本反应步骤： 1:反应物向燃料电池内部传递 2:电化学反应 3:离子传导以及电子传导 4:产物排出,燃料电池基本原理,燃料电池的优点,燃料电池独特的优点,转换效率高，可达60% 没有运转部件，噪音小 没有尺寸效应，很小的燃料电池仍具有和大尺寸相仿的效率 若以氢为燃料，排放是水，可实现“零排放”,各种类型燃料电池的比较,Source: 蔡宁生, 燃料电池发电技术基础,清华大学, 2007,部分燃料电池产品,MTU 250kW MCFC in Magdeburg,Siem
2、ens Westinghouse 250kW SOFC,863-燃料电池公共汽车,我国第一辆PEMFC校园车,Source：清华大学清洁能源研究与教育中心，新发电技术调查研究，2008,燃料电池本体关键技术,SOFC燃料电池本体关键技术 电解质研究 阴极材料研究 阳极材料研究 连接体材料研究 密封材料研究 PEMFC燃料电池本体关键技术 质子交换膜研究 催化剂及其涂覆技术的研究 MEA技术的研究 水平衡和热平衡技术研究,燃料电池发电系统关键技术,以MCFC-燃气轮机联合系统为例 燃料的处理问题 联合发电系统中的相容性问题 联合发电系统动态性能的研究 大功率发电系统的设计和装配问题 联合发电系统
3、的协调控系统的开发,部分MCFC燃料电池电厂,美国FCE公司2004年前建成的33座MCFC发电装置； 美国ERC公司2006年在旧金山建成的250kW MCFC电站； 美国ERC公司2006年在加州Santa Clara建成的2MW MCFC电站； 日本三菱重工2002年在德国建造的250kW MCFC电站； 日本1987年开发出的10kW MCFC发电装置； 日本1993年开发出的100kW加压型MCFC发电装置； 日本1998年建造的1MW先导型MCFC发电装置； 意大利1996年在米兰投运的100kW MCFC电站； 德国M-C Rower Corporation建造的MCFC电站；,
4、部分SOFC燃料电池电厂,美国Westinghouse公司1998年前建成11套325kW SOFC发电系统； 美国Westinghouse公司1999年建成2套100kW管式SOFC发电系统； 德国Siemens Westinghouse公司2002年建成220kW SOFC-燃气轮机联合发电系统； 德国Siemens Westinghouse公司2003年建成250kW SOFC示范电厂； 德国Siemens Westinghouse公司2003年建成4座5kW SOFC电厂； 日本三菱重工1991年成功示范1kW SOFC电池堆； 日本三菱重工1993年成功示范新型1kW SOFC电池堆
5、； 日本三菱重工1998年示范10kW SOFC系统； 日本三菱重工2001年成功示范10kW 加压管式SOFC发电系统； 日本JGU公司1995年支持示范的25kW SOFC发电装置； 瑞士Sulzer Hexis公司2001年起400套1kW 生物质SOFC发电系统； 美国ZTEK公司1995年示范运行1kW平板式SOFC发电系统； 美国ZTEK公司1998年示范运行25kW平板式SOFC发电系统； 中国上海硅酸盐研究所示范的5kW平板式中温SOFC电厂； 中国科学院过程工程所示范的列管式不密封无联接极SOFC发电系统。,燃料电池发展的热潮,上世纪90年代直到本世纪初，燃料电池得到政府、企
6、业和科研所的大力支持，形成一股热潮。在97到98年间，各大汽车公司都宣布将在03到05年实现氢能燃料电池的产业化 我国跟随着这个热潮，投入大量的人力和物力，进行研究，把氢能燃料电池奉为“最高理想”、“终极目标” 十五863重点项目，投入十几个亿 前几年，不少人提出氢能经济，把氢能比作是一个新的能源时代,燃料电池发展的困难,随着人们对燃料电池的认识加深，在研制过程中遇到大量的，在相当长时期内无法克服的困难，尤其是氢的制备，氢的运输，氢的车载，人们慢慢理性化起来，对它的“温度”也逐渐下降 不久以前，作为燃料电池最热烈的鼓吹者美国，在奥巴马上台以后，能源部长朱棣文宣布停止资助氢能燃料电池项目,限制燃
7、料电池发展的瓶颈,氢气制备 氢不是一次能源，而只是一个载能体，必须用其他方法制备氢，如电解、天然气制氢、煤制氢等。在氢能制备中消耗许多其他的能源，排放大量二氧化碳，从全生命周期来看，根本不是零排放能源 有些人把氢燃料电池说成是“From Water To Water”，这是不正确的 管道运输 极易泄露、材料氢脆 存储问题 高压存储（300600atm）压缩能耗高，不安全 液化存储（-253 ）制冷能耗大,限制燃料电池发展的瓶颈,氢能基础设施 根本不可能组成一个像加油站一样的网络 燃料电池本身 用铂作催化剂铂在全世界资源有限 价格一辆燃料电池大巴的价格为150到200万美元 燃料电池的寿命 膜的制备都用杜邦膜 燃料电池的动态响应,呼声很高的氢能燃料电池实质上“身价大跌”，可是在中国，很多人的脑中，影响深刻，“阴魂不散”,燃料电池发展的前景,燃料电池必有其优势的地方 如潜艇、隐蔽通信站动力、家庭用小型三联供 燃料电池汽车 在汽车方面可能是发展的途径之一，但是如果将来动力电池有突破的话（100200Wh/kg），燃料电池就很难发展的空间了,谢谢！,
