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燃料電池的應用特點及燃料電池的應用

1,燃料電池的特性

(1)的能量密度高,比能量可達200 W·h/kg左右。PCEV要求以氫氣為燃料時,電池比功率不低於150 W/kg;以甲醇為燃料時,電池的比功率不低於100W/kg。

(2)壹般在常溫下運行,80℃左右容易快速啟動,減少了溫度對燃料電池材料的影響,提高了電池的性能,延長了電池的壽命。

(3)能連續工作,滿足某些特性的要求。這些優異的性能給PEMFC在FCEV的使用帶來了極大的便利。

(4)單體電池電壓高,是電動汽車的理想電源,有利於降低電動汽車的維修質量和使用成本。

(5)燃料電池染料有三種:氫氣、甲醇和汽油。根據燃料電池的發電原理,氫氣是最理想的燃料,因為氫氣可以直接參與電化學反應。氫燃料電池的產品中只有潔凈的水蒸氣,不會對環境造成任何汙染。

2.燃料電池的應用。燃料電池作為移動電源的應用領域可以分為兩類。壹個是可以作為便攜式電源,小型移動電源,車載電源等。適用於軍事、通信、計算機等領域,滿足應急電源和高可靠性、穩定性電源的需求。實際應用有手機電池、筆記本電腦等便攜式電子設備、軍用背包通信電源、衛星通信車載電源等。二是作為自行車、摩托車、汽車等車輛的電源,滿足環保對車輛排放的要求。從目前的發展情況來看,PEMFC是最成熟的電動汽車電源。

3.國際上,燃料電池研發領域的權威機構是加拿大的巴拉德能源系統公司,美國的H-Power公司在1996研制出世界上第壹輛以燃料電池為動力的公交車。近年來,我國也非常重視燃料電池電動汽車的研發,並將其列為國家科技攻關計劃。上海李紳公司、富源燃料電池有限公司、清華大學和中科院大連化學研究所分別開發了參觀觀光車和小型客車樣車,性能接近或達到國際先進水平。

4.燃料電池不僅適用於運輸電源,也非常適用於固定電源。可與電網系統互聯,用於調節電網峰值,也可作為海島、山區、邊遠地區國防(人防)發電供電系統的電源。

5.還可以通過將多個燃料電池發電機連接到網絡來形成分布式電源系統。分布式電源系統具有以下優點:

(1)可以省去電網線路和配電調度控制系統。

(2)有利於熱電聯產(由於PEMFC電站無噪音,可就近安裝,PEMFC發電產生的熱量可進入供熱系統),可使燃料總利用率高達80%。

(3)受戰爭和自然災害影響較小,特別適合現代戰爭條件下的主動防護。

(4)通過將天然氣和煤氣重整制取氧氣,可以利用現有的天然氣和煤氣供應系統等基礎設施為燃料電池提供燃料。

(5)可再生能源制氫(電解水制氫、太陽能電解制氫、生物制氫)可以形成循環利用系統(這種循環利用系統特別適合偏遠地區),降低了系統建設成本和運行成本。壹般認為,隨著燃料電池的普及和利用,發展分散式電站將是壹種趨勢。

6.由於燃料電池工作溫度低、紅外輻射小、無振動、無噪音,特別適合現代軍用電源。1998年8月,美國國防部在給國會國防委員會的報告中指出,移動電源是永久防禦設施的五個最基本要素之壹;燃料電池發電技術取代傳統發電裝置的快速演進,為未來發電系統采用氫氣作為主要燃料開辟了道路;燃料電池發電機由於能量轉換效率高(60%以上)和操作維護簡單,使得氫能作為主要燃料的應用極其可靠和高效。因此,將作戰燃料改為氫氣,將獲得更高效可靠的發電系統,更低的排放,更低的噪音,大大降低熱輻射和紅外成像,便於偽裝和隱蔽行動。

7.PEMFC發電機的優異性能使其在航空航天和超級機動設備、水下潛艇、軍事工程、通信工程、車載電源、單兵及師用便攜式電源、邊遠地區、海防哨所、人防工程等方面具有極佳的應用前景。早在20世紀60年代,美國國家航空航天局和通用電氣公司(GE)就聯合開發了燃料電池發電機,多次用於雙子星計劃。特別是1968采用Nafion膜後,發射的生物衛星上使用的燃料電池發電機在實驗室的壽命已經達到57000h。後來,美國國家航空航天局與漢密爾頓標準公司合作開發RPC(再生燃料電池)系統,以形成太陽能發電系統為火星探測車或月球基地供電(太陽能電解水裝置功率為35kw,PEMFC發電機功率為25kw)。美國空軍還與Treadwell公司簽署協議,研究衛星用RFC系統(燃料電池功率為12kw,電壓為V)。

8.在超級移動設備(HMU)應用方面,美國國家航空航天局與EPSI合作,利用金屬氫化物開發出200 w·h能量的PEMFC系統,替代現有設備中使用的可充電電池,可有效提高儲能密度、壹次充電能量、循環壽命和充電速度。

9.燃料電池在軍事領域的壹個主要用途是作為軍艦的電源。PEMFC發電機作為潛艇的不依賴空氣推進動力源,與斯特林發動機和閉式循環柴油機相比,具有效率高、噪聲低、紅外輻射小等優點。在攜帶相同質量或體積的燃氣時,潛艇的續航能力最強(約為斯特林發動機的兩倍),且無汙染,因此燃料電池是潛艇AIP系統的最佳選擇。德國從1980(也是世界上最早的)開始研究基於燃料電池發電機的潛艇。目前,德國已經能夠生產基於212型和214型燃料電池發電機的潛艇。美國海軍與AP公司合作開發了壹種利用柴油重整產生氫氣作為氫源的燃料電池發電機,還與Treadwell公司合作設計制造了壹種用於水下探測器的燃料電池電源。

10,燃料電池具有諸多優點,使其在智能建築、醫院、酒店、國防(人防)領域等重要民用設施中具有極好的前景。目前,這些地方的供電系統采用外電為主,柴油發電機組為輔的模式。當柴油發電機組受到外部動力破壞時,由於其排煙性差、隱蔽性差、振動大、噪音高、環保性能差等諸多缺點,不適合未來的高技術戰爭。因此,研究PEMFC發電系統可以有效利用氫能實現環保,對民用供電和國防建設具有重要意義。