燃料电池及其发展前景

【摘要】燃料电池具有非同寻常的性能：

 电效率可达 60％以上，而且可以在带着部分负荷运

行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍
按温度划分的

4 种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC 和 SOFC)的性能，重点介绍高温固

体氧化物燃料电池

(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are 

Well uder way toward penetrating the power market,covering a wide range of application．This 
paper  introduces  the  main  four  types  of  fuel  cells  which  are  PEMFC,PAFC ， MCFC  and 
SOFC．Then it puts the emphasis on SOFC and its application market． 
燃料电池是通过由电解液分隔开的

2 个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学

反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比，燃料电池具有非同寻常的特性：它的
电效率可达

60％以上，可以在带部分负荷运行的情况下进行维修，而且除了排放低比率碳

氧化物外，几乎没有任何其他的有害排放物。
1 燃料电池的分类
    目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型，从比室温略高直到高达 1000

℃的

范围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下

4 种主要类型上：

(1)运行温度在 60-80

℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC)；

(2)运行温度在 160-220

℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC)；

(3)运行温度在 620-660

℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC)；

(4)运行温度在 880-1000

℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC)。

    可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100

℃及以下)、中温型(约 200℃左右)及高温型

(600-l000

℃)燃料电池。

    表 1 简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装
置上，而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。
    实用装置的功率容量差别也很大，可以给笔记本电脑及移动电话供电 (数以 W 计)，也可
以给居民住宅

(数 kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百 KW 到数 MW)供电。

    最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。
    根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明，就发电成本而言， SOFC 型燃料电池要
PEM 型低 30％。这个结果是根据 SOFC 型燃料电池的电效率比 PEM 型的高，这 2 种燃料电
池最终都可以达到

l000 美元／KW 的投资成本这一假设条件而推导出来的。 

2 高温燃科电池 
    高温型燃料电池具有许多适于在静止式装置上使用的特性。但是在高温型燃料电池产生出
电能之前需要较长的加热过程，因而这种技术不能应用于要求在短时间内频繁起动的各种
实用装置。此外，高温型燃料电池还具有以下特点：
    (1)不需要使用贵金属来催化电化学反应。一般情况下使用陶瓷材料。
    (2)对 CO 完全没有限制。CO 参加到电化学反应过程并像 H2 一样被氧化。
    (3)对燃料表现出高度灵活性。可以给这类燃料电池发电设备供应天然气，天然气在设备
内部被转换成

H2 和 CO。这意味着无需任何外部燃料，从而大大简化了发电设备的平衡问

题。
    (4)高温可以将燃气轮机连接到该系统上，在这种情况下，燃料电池发电设备是在 300kPa
压力下运行，并在不考虑燃气轮机输出的情况下将燃料电池的功率密度提高约

20％，因此

使总的电效率提高

10％，可成倍地降低使用期限成本。

    (5)较高的运行温度也为排热提供了更多的灵活性。在电效率达 60％或更高水平的联合循