質(zhì)子交換膜燃料電池（用于電動(dòng)汽車等的能源產(chǎn)品）
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質(zhì)子交換膜燃料電池
用于電動(dòng)汽車等的能源產(chǎn)品
質(zhì)子交換膜燃料電池( PEMFC)采用可傳導(dǎo)離子的聚合膜作為電解質(zhì)，所以也叫聚合物電解質(zhì)燃料電池( PEFC)、同體聚合物燃料電池(SPFC)或固體聚合物電解質(zhì)燃料電池( SPEFC)。
基本信息
| 中文名 | 質(zhì)子交換膜燃料電池 |
| 外文名 | Proton exchange membrane fuel by the battery |
| 別名 | 聚合物電解質(zhì)燃料電池 |
| 領(lǐng)域 | 能源學(xué) |
| 簡(jiǎn)稱 | PEMFC |
| 屬于 | 能源 |
收起
電池簡(jiǎn)介
兩電極的反應(yīng)
分別為：
質(zhì)子交換膜燃料電池[質(zhì)子交換膜燃料電池]
電堆構(gòu)成
電堆由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。將雙極板與膜電極三合一組件(MEA)交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池電堆，如附圖所示。疊合壓緊時(shí)應(yīng)確保氣體主通道對(duì)正以便氫氣和氧氣能順利通達(dá)每一單電池。電堆工作時(shí)，氫氣和氧氣分別由進(jìn)口引入，經(jīng)電堆氣體主通道分配至各單電池的雙極板，經(jīng)雙極板導(dǎo)流均勻分配至電極，通過電極支撐體與催化劑接觸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。
電池優(yōu)點(diǎn)
質(zhì)子交換膜燃料電池具有如下優(yōu)點(diǎn)：其發(fā)電過程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換率高；發(fā)電時(shí)不產(chǎn)生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時(shí)也沒有噪音。所以，質(zhì)子交換膜燃料電池電源是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源。
通常，質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行需要一系列輔助設(shè)備與之共同構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電堆、氫氧供應(yīng)系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電能變換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等構(gòu)成。電堆是發(fā)電系統(tǒng)的核心。發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)氣體氫氣和氧氣分別通過調(diào)壓閥、加濕器(加濕、升溫)后進(jìn)入電堆，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生直流電，經(jīng)穩(wěn)壓、變換后供給負(fù)載。電堆工作時(shí)，氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的水由陰極過量的氧氣(空氣)流帶出。未反應(yīng)的(過量的)氫氣和氧氣流出電堆后，經(jīng)汽水分離器除水，可經(jīng)過循環(huán)泵重新進(jìn)入電堆循環(huán)使用，在開放空間也可以直接排放到空氣中。
水熱管理
水、熱管理是質(zhì)子交換膜燃料電池 發(fā)電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。電堆運(yùn)行時(shí)，質(zhì)子交換膜需要保持一定的濕度，反應(yīng)生成的水需要排除。不同形態(tài)的水的遷移、傳輸、生成、凝結(jié)對(duì)電堆的穩(wěn)定運(yùn)行都有很大影響，這就產(chǎn)生了質(zhì)子交換膜燃料電池 發(fā)電系統(tǒng)的水、熱管理問題。通常情況下，電堆均需使用復(fù)雜的增濕輔助系統(tǒng)用于增濕質(zhì)子交換膜，以免電極“干死”(質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)質(zhì)子能力下降，甚至損壞)；同時(shí)又必須及時(shí)將生成的水排出，以防電極“淹死”。由于質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行溫度一般在80℃左右，此時(shí)其運(yùn)行效能最好，因此反應(yīng)氣體進(jìn)入電堆前需要預(yù)加熱，這一過程通常與氣體的加濕過程同時(shí)進(jìn)行；電堆發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的熱量將使電堆溫度升高，必須采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施，以保持質(zhì)子交換膜燃料電池電堆工作溫度穩(wěn)定。這些通常用熱交換器與純水增濕裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
機(jī)電一體化
為了確保質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的正常工作，通常將電堆、氫氣和氧氣處理系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電一體化集成，構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機(jī)。根據(jù)不同負(fù)載和環(huán)境條件，配置氫氣和氧氣存儲(chǔ)系統(tǒng)、余熱處理系統(tǒng)和電力變換系統(tǒng)，并進(jìn)行機(jī)電一體化集成就可構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電站。
通常，質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電站由質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機(jī)和氫氣生產(chǎn)與儲(chǔ)存裝置、空氣供應(yīng)保障系統(tǒng)、氫氣安全監(jiān)控與排放裝置、冷卻水罐和余熱處理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及電站自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成。
氫氣存儲(chǔ)裝置為發(fā)電機(jī)提供氫氣，其儲(chǔ)量按負(fù)荷所需發(fā)電量確定。氫氣存儲(chǔ)方式有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫，相應(yīng)的儲(chǔ)氫材料也有多種，主要按電站所處環(huán)境條件及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來決定。氫氣存儲(chǔ)是建設(shè)質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電站的關(guān)鍵問題之一，儲(chǔ)氫方式、儲(chǔ)氫材料選擇關(guān)系整個(gè)電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。空氣供應(yīng)保障系統(tǒng)對(duì)地面開放空間的質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用(如燃料電池電動(dòng)車)不成問題，但對(duì)地下工程或封閉空間的應(yīng)用來說卻是一個(gè)十分重要的問題，如何設(shè)置進(jìn)氣通道必須進(jìn)行嚴(yán)格的論證。氫氣安全監(jiān)控與排放裝置是氫能發(fā)電站的一個(gè)特有問題，由于氫氣是最輕的易燃易爆氣體，氫氣儲(chǔ)存裝置、輸送管道、閥門管件、質(zhì)子交換膜燃料電池電堆以及電堆運(yùn)行的定時(shí)排空都可能引起氫氣泄漏，為防止電站空間集聚氫氣的濃度超過爆炸極限，必須實(shí)時(shí)檢測(cè)、報(bào)警并進(jìn)行排放消除處理。氫氣安全監(jiān)控與排放消除裝置由氫氣敏感傳感器、監(jiān)控報(bào)警器及排放風(fēng)機(jī)、管道和消氫器等組成，傳感器必須安裝在電站空間的最高處。冷卻水箱或余熱處理系統(tǒng)是吸收或處理質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，保障電站環(huán)境不超溫。將質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電站的余熱進(jìn)行再利用，如用于工程除濕、空調(diào)、采暖或洗消等，實(shí)現(xiàn)電熱聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，可大大提高燃料利用效率，具有極好的發(fā)展與應(yīng)用前景。電氣系統(tǒng)根據(jù)工程整體供電方式和結(jié)構(gòu)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機(jī)發(fā)出電力進(jìn)行處理后與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行或/和直接向負(fù)載供電，涉及潮流、開關(guān)設(shè)備、表盤和繼電保護(hù)等。采用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電站可以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)急電網(wǎng)的多電源分布式供電方式，因此其電氣及變配電系統(tǒng)是一個(gè)值得深入研究的問題。電站自動(dòng)化系統(tǒng)是為保障質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電站正常工作、可靠運(yùn)行而設(shè)置的基于計(jì)算機(jī)參數(shù)檢測(cè)與協(xié)調(diào)控制的自動(dòng)裝置，一般應(yīng)采用分布式控制系統(tǒng)(DCS)或現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)。主要設(shè)備包括現(xiàn)場(chǎng)智能儀表或傳感器、變送器，通訊總線和控制器，并提供向工程控制中心聯(lián)網(wǎng)通訊的接口。主要功能包括參數(shù)檢測(cè)、顯示、報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，故障診斷，事故追憶，操作指導(dǎo)，控制保護(hù)輸出和數(shù)據(jù)信息管理等，是質(zhì)子交換膜燃料電池 電站信息化、智能化的核心。
應(yīng)用前景
質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電作為新一代發(fā)電技術(shù)，其廣闊的應(yīng)用前景可與計(jì)算機(jī)技術(shù)相媲美。經(jīng)過多年的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)，質(zhì)子交換膜燃料電池用作汽車動(dòng)力的研究已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，微型質(zhì)子交換膜燃料電池便攜電源和小型質(zhì)子交換膜燃料電池移動(dòng)電源已達(dá)到產(chǎn)品化程度，中、大功率質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的研究也取得了一定成果。由于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)有望成為移動(dòng)裝備電源和重要建筑物備用電源的主要發(fā)展方向，因此有許多問題需要進(jìn)行深入的研究。就備用氫能發(fā)電系統(tǒng)而言，除質(zhì)子交換膜燃料電池單電池、電堆質(zhì)量、效率和可靠性等基礎(chǔ)研究外，其應(yīng)用研究主要包括適應(yīng)各種環(huán)境需要的發(fā)電機(jī)集成制造技術(shù)，質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機(jī)電氣輸出補(bǔ)償與電力變換技術(shù)，質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行與控制技術(shù)，備用氫能發(fā)電站制氫與儲(chǔ)氫技術(shù)，適應(yīng)環(huán)境要求的空氣(氧氣)供應(yīng)技術(shù)，氫氣安全監(jiān)控與排放技術(shù)，氫能發(fā)電站基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備與控制系統(tǒng)開發(fā)，建筑物采用質(zhì)子交換膜燃料電池氫能發(fā)電電熱聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)，以及質(zhì)子交換膜燃料電池氫能發(fā)電站建設(shè)技術(shù)等等。采用質(zhì)子交換膜燃料電池氫能發(fā)電將大大提高重要裝備及建筑電氣系統(tǒng)的供電可靠性，使重要建筑物以市電和備用集中柴油電站供電的方式向市電與中、小型質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電裝置、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分散電源聯(lián)網(wǎng)備用供電的靈活發(fā)供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，極大地提高建筑物的智能化程度、節(jié)能水平和環(huán)保效益。
系統(tǒng)組成
質(zhì)子交換膜燃料電池是在電動(dòng)汽車上最有應(yīng)用前景的電力能源之一。組成質(zhì)子交換膜燃料電池的基本單元是單體燃料電池。如前所述，單體電池的電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)大約1 V左右，其電流密度約為
。因此，一個(gè)實(shí)用化的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，必須通過單體電池的串聯(lián)和并聯(lián)形成具有一定功率的電池組，才能滿足絕大多數(shù)用電負(fù)載的需求。此外，還要為系統(tǒng)配置氫燃料儲(chǔ)存單元，空氣（氧化劑）供給單元，電池組溫度、濕度調(diào)節(jié)單元，功率變換單元及系統(tǒng)控制單元等，將燃料電池組成為一個(gè)連續(xù)、穩(wěn)定的供電電源。
1)燃料電池組（堆），質(zhì)子交換膜燃料電池的單體電池，其化學(xué)電動(dòng)勢(shì)為
，負(fù)載時(shí)的輸出端口電壓為
。為滿足負(fù)載的額定工作電壓，必須將單體電池串聯(lián)起來構(gòu)成具有較高電口珀勺電池組。由于受到材料（如質(zhì)子交換膜等）及工藝水平的限制，單體電池的輸出電流密度約為
，因此，欲提高燃料電池的輸出電流能力，只能將若干串聯(lián)的電池組并聯(lián)，組成具有較大輸出能力的燃料電池堆。由于燃料電池堆是南大量的單體電池串并聯(lián)而成的，因而，存在著向每個(gè)單體電池供給燃料與氧化劑的均勻性和電池組熱管理問題。
2)燃料及氧化劑的儲(chǔ)存與供給單元。為使質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行發(fā)電，必須配置燃料及氧化劑的儲(chǔ)存與供給單元，以便不間斷地向燃料電池提供電化學(xué)反應(yīng)所需的氫和氧。燃料供給部分由儲(chǔ)氫器及減壓閥組成；氧化劑供給部分由儲(chǔ)氧器、減壓閥或空氣泵組成。
3)燃料電池濕度與溫度調(diào)節(jié)單元。在質(zhì)子交換膜燃料電池運(yùn)行過程中，隨著負(fù)載功率的變化，電池組內(nèi)部的工況也要相應(yīng)改變，以保持電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行。對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池運(yùn)行影響最大的兩個(gè)因素是電池內(nèi)部的濕度與溫度。因此，在電池系統(tǒng)中需要配置燃料電池濕度與溫度調(diào)節(jié)單元，以便使質(zhì)子交換膜燃料電池在負(fù)荷變化時(shí)仍工作在最佳工況下。
4)功率變換單元。質(zhì)子交換膜燃料電池所產(chǎn)生的電能為直流電，其輸出電壓因受內(nèi)阻的影響會(huì)隨負(fù)荷的變化而改變。基于上述原因，為滿足大多數(shù)負(fù)載對(duì)交流供電和電壓穩(wěn)定度的要求，在燃料電池系統(tǒng)的輸出端需要配置功率變換單元。當(dāng)負(fù)載需要交流供電時(shí)，應(yīng)采用
變流器；當(dāng)負(fù)載要求直流供電時(shí)，也需要用
變流器實(shí)現(xiàn)燃料電池組輸出電能的升壓與穩(wěn)壓，
5)系統(tǒng)控制單元。由上述四個(gè)功能單元的配置和工作要求可知，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)是一個(gè)涉及電化學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、電工學(xué)及自動(dòng)控制等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)。質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，需要調(diào)節(jié)與控制的物理量和參數(shù)非常多，難以手動(dòng)完成。為使質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)長時(shí)間安全、穩(wěn)定地發(fā)電，必須配置系統(tǒng)控制單元，以實(shí)現(xiàn)燃料電池組與各個(gè)功能單元的協(xié)凋工作。
電池作用
質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為電動(dòng)汽車、固定發(fā)電站等的首選能源。在燃料電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達(dá)陰極，與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路，向外界提供電流，因此質(zhì)子交換膜的性能對(duì)燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞直接影響電池的使用壽命。
質(zhì)子交換膜
迄今最常用的質(zhì)子交換膜（PEM）仍然是美國杜邦公司的Nafion質(zhì)子交換膜，具有質(zhì)子電導(dǎo)率高和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，PEMFC大多采用Nafion等全氟磺酸膜，國內(nèi)裝配PEMFC所用的PEM主要依靠進(jìn)口。但Nafion質(zhì)子交換類膜仍存在下述缺點(diǎn)：(1)制作困難、成本高，全氟物質(zhì)的合成和磺化都非常困難，而且在成膜過程中的水解、磺化容易使聚合物變性、降解，使得成膜困難，導(dǎo)致成本較高；(2)對(duì)溫度和含水量要求高，Nafion系列膜的最佳工作溫度為
，超過此溫度會(huì)使其含水量急劇降低，導(dǎo)電性迅速下降，阻礙了通過適當(dāng)提高工作溫度來提高電極反應(yīng)速度和克服催化劑中毒的難題；(3)某些碳?xì)浠衔?/a>，如甲醇等，滲透率較高，不適合用作直接甲醇燃料電池(DMFC)的質(zhì)子交換膜。
Nafion膜的價(jià)格在600美元每平方米左右，相當(dāng)于120美元每千瓦（單位電池電壓為0.65V）。在燃料電池系統(tǒng)中，膜的成本幾乎占總成本的
。為盡早實(shí)現(xiàn)燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用，降低質(zhì)子交換膜的價(jià)格迫在眉睫。加拿大的巴拉德公司在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域做了后來居上的工作，使人們看到了交換膜商業(yè)化的希望。據(jù)研究計(jì)劃報(bào)道，其第三代質(zhì)子交換膜BAM3G，是部分氟化的磺酸型質(zhì)子交換膜，演示壽命已經(jīng)超過4500h，其價(jià)格已經(jīng)降到50美元每立方米，這相當(dāng)于10美元每千瓦（單位電池電壓為0.65V）。
質(zhì)子交換膜燃料電池[質(zhì)子交換膜燃料電池]
除應(yīng)用于汽車，燃料電池在交通、軍事、通訊等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)達(dá)國家均投入巨大的人力物力從事這一技術(shù)的研發(fā)，國內(nèi)從事燃料電池的研究單位也多達(dá)30多家。
這其中就包括華南理工大學(xué)。
落戶校園
2010年2月 全球最大的質(zhì)子交換膜燃料電池示范電站落戶廣州大學(xué)城。由華南理工大學(xué)自己設(shè)計(jì)、自己建造的這座示范電站的落成，標(biāo)志著廣東省在燃料電池技術(shù)這一重要的新能源技術(shù)研究和開發(fā)方面走在了世界的前列，也為質(zhì)子交換膜燃料電池這項(xiàng)新能源技術(shù)在廣東省的商業(yè)化奠定了重要的基礎(chǔ)。
電站示范意義
為什么要建設(shè)一座全球最大的示范電站？廖世軍告訴記者：“示范展示是一項(xiàng)新技術(shù)走向商業(yè)化的必經(jīng)一步。燃料電池技術(shù)的逐級(jí)放大，涉及諸多難題，只有達(dá)到一定容量的示范，才能使技術(shù)成熟并最終走向商業(yè)化；建設(shè)示范電站既是為了向公眾展示質(zhì)子交換膜燃料電池這項(xiàng)新的能源技術(shù)，也是為了測(cè)試這種技術(shù)的可行性、發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)存在哪些問題以及如何改進(jìn)。電站越大，建設(shè)難度就越高，出現(xiàn)的問題也就越多、越明顯?！?/span>
示范電站可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電流直接輸送到學(xué)校的380V低壓電網(wǎng)上，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可滿足電站附近的豪華準(zhǔn)五星級(jí)酒店——華工國際學(xué)術(shù)中心正常運(yùn)營?！笆痉峨娬靖碑a(chǎn)熱水為50攝氏度左右，非常適合作為生活用的熱水。在熱和電都得到充分利用的情況下，燃料電池電站的能源利用率將達(dá)到90%?！绷问儡娊榻B。
在示范電站，天然氣首先轉(zhuǎn)化成氫氣，氫氣進(jìn)入燃料電池發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電流和熱水。
據(jù)介紹，由華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)開發(fā)的制氫工藝，天然氣制氫效率接近2.0，即1立方米天然氣可生成將近2立方米的氫氣，比國內(nèi)一些同類制氫設(shè)施的效率高。產(chǎn)生的電量比直接燃燒天然氣發(fā)電至少高30%，污染物的排放則同比減少60%。燃料電池發(fā)電高效率和低排放的優(yōu)點(diǎn)展露無遺。
降低成本
燃料電池技術(shù)研發(fā)數(shù)十年，一直未能大范圍推廣，除存在穩(wěn)定性、耐久性等問題，追根究底，高昂成本也是商業(yè)化的瓶頸。
廖世軍告訴記者，國外質(zhì)子交換膜燃料電池的價(jià)格高達(dá)每千瓦7萬元人民幣左右，給一輛小汽車安裝一臺(tái)50千瓦的電池系統(tǒng)，光電池就要350萬元。因此，在技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)，如何有效降低燃料電池成本也一直是課題組的重要研究?jī)?nèi)容。
由于各項(xiàng)新技術(shù)的使用，華南理工大學(xué)研發(fā)的燃料電池成本已降至每千瓦
元人民幣，僅是國際市場(chǎng)價(jià)格的
。
“與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比，這個(gè)成本還是偏高的，但和其他新能源如太陽能等相比，卻便宜了不少?！绷问儡娝懔艘还P賬，按每千瓦6000元人民幣計(jì)算，燃料電池汽車的成本仍然不便宜，然而對(duì)比一下，氫氣卻比汽油便宜得多！
為促進(jìn)燃料電池的開發(fā)利用，我國已經(jīng)出臺(tái)補(bǔ)貼政策，買一輛燃料電池汽車，直接補(bǔ)貼人民幣30萬元。另外，燃料電池規(guī)模化生產(chǎn)后，成本還有很大的下降空間。同時(shí)，許多國家政府均表示，一旦燃料電池大范圍商業(yè)化推廣，各地加氫站的建設(shè)將不是問題，燃料電池走進(jìn)平民百姓家指日可待。
幾年來，除了順利完成電站的建設(shè)之外，華南理工大學(xué)在質(zhì)子交換膜燃料電池的核心技術(shù)攻關(guān)方面也取得了一系列重要成果，包括高分散高活性催化劑制備技術(shù)、光照下直接涂膜制備膜電極技術(shù)、低鉑催化劑制備技術(shù)、超低鉑載量膜電極制備技術(shù)等。課題組共申請(qǐng)燃料電池核心技術(shù)專利8項(xiàng)，獲授權(quán)4項(xiàng)，申請(qǐng)國際發(fā)明專利1項(xiàng)。
談到下一步的打算，廖世軍表示：“我們將利用廣州現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院這一平臺(tái)開展燃料電池的產(chǎn)業(yè)化工作，致力于開發(fā)系列燃料電池備用電源、基站通訊電源、家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)等系列產(chǎn)品。我們希望進(jìn)一步降低燃料電池的成本，促進(jìn)燃料電池技術(shù)在廣東省的發(fā)展和商業(yè)化進(jìn)程。”
發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀(jì)60年代，美國首先將PEMFC用于Gemini宇航飛行。伴隨著全氟磺酸型質(zhì)子交換膜碳載鉑催化劑等關(guān)鍵材料的應(yīng)用和發(fā)展，80年代，PEMFC的研究取得了突破性進(jìn)展，電池的性能和壽命大幅提高，電池組的體積比功率和質(zhì)量比功率分別達(dá)到
，超過了DOE和PNGV制定的電動(dòng)車指標(biāo)。90年代以來，基于質(zhì)子交換膜燃料電池高速進(jìn)步，各種以其為動(dòng)力的電動(dòng)汽車相繼問世，至今全球已有數(shù)百臺(tái)以PEMFC為動(dòng)力的汽車、潛艇、電站在國內(nèi)外示范運(yùn)行。表4-4-1列出了國內(nèi)外開發(fā)的幾種燃料電池汽車的主要性能指標(biāo)，性能完全可以與內(nèi)燃機(jī)相媲美。
表4-4-1 國內(nèi)外開發(fā)的幾種燃料電池汽車的主要性能指標(biāo)
Power | Motor Power | 最高速度 | 加速時(shí)間 | Climb | 里程 | 燃料消耗 | |
ChaoYue3 |  | 65kW（max） | 122km/h | 19(0~100) | >20% | 230km |  |
Fokus FCV | 75kW | 70kW（max） | 128km/h | 15(0~100) | >20% | 250km |  |
Hydrogen 3 | 75kW | 70kW（max） | 140km/h | 15(0~100) | >20% | 400km（liq. H2） |  |
由于質(zhì)子交換膜燃料電池高效、環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，引起了世界各發(fā)達(dá)國家和各大公司高度重視，并投巨資發(fā)展這一技術(shù)。美國政府將其列為對(duì)美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全至為關(guān)鍵的27個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一；加拿大政府將燃料電池產(chǎn)業(yè)作為國家知識(shí)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一加以發(fā)展；美國三大汽車公司（GM，F(xiàn)ord ,Chryster）、德國的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽車公司均投入巨資開發(fā)PEMFC汽車。
處于領(lǐng)先地位的加拿大Ballard公司已經(jīng)開始出售商業(yè)化的各種功率系列的PEMFC裝置。
在我國有中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、武漢理工大學(xué)、上?？臻g電源研究所、上海神力等很多單位在開展PEMFC的研究，并取得了長足進(jìn)展，接近國外先進(jìn)水平。就技術(shù)而言，千瓦級(jí)的PEMFC技術(shù)已基本成熟，阻礙其大規(guī)模商業(yè)化的主要原因是燃料電池的價(jià)格還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，影響燃料電池成本的兩大因素是材料價(jià)格昂貴和組裝工藝沒有突破，例如使用貴金屬鉑作為催化劑；昂貴的質(zhì)子交換膜及石墨雙極板加工成本等，導(dǎo)致PEMFC成本約為汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)成本（
）的
倍。PEMFC要作為商品進(jìn)入市場(chǎng)，必須大幅度降低成本，這有賴于燃料電池關(guān)鍵材料價(jià)格的降低和性能的進(jìn)一步提高。
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