中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，主題為“氫能燃料電池技術(shù)”的西苑沙龍會(huì)議在京召開(kāi)。與會(huì)專家對(duì)氫能燃料電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用前景、技術(shù)瓶頸以及發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了深入、廣泛的研討，對(duì)我國(guó)氫能燃料電池技術(shù)在關(guān)鍵技術(shù)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家間存在的差距進(jìn)行了分析，提出了未來(lái)發(fā)展目標(biāo)和技術(shù)路線，同時(shí)，針對(duì)我國(guó)燃料電池技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，從政府和政策層面提出了相關(guān)建議措施。
■ 專家說(shuō)
潘牧
武漢理工大學(xué)教授、博導(dǎo)，武漢理工新能源公司總經(jīng)理：
近年來(lái)，氫能燃料電池?zé)o論從研發(fā)投入、技術(shù)成果還是燃料電池、制氫產(chǎn)業(yè)來(lái)看，國(guó)際氫能燃料電池都處于持續(xù)增長(zhǎng)的局面，其市場(chǎng)將隨時(shí)迎來(lái)爆發(fā)性增長(zhǎng)。
研發(fā)、示范氫能燃料電池的生產(chǎn)、供給和儲(chǔ)存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能住宅、智能建筑和智能城鎮(zhèn)的燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、互動(dòng)，建立智能能源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源供給從集中式向分布式供給的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏等可再生能源的全利用，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)能源利用效率的最大化，具有重要意義。智能能源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將帶來(lái)第三次工業(yè)革命，是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一場(chǎng)盛宴，需要我國(guó)能源、交通以及家電等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)積極參與。
鄭津洋
浙江大學(xué)化工機(jī)械研究所所長(zhǎng)、博導(dǎo)，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授：
制氫是氫能應(yīng)用的基礎(chǔ)。高效、安全可靠、低成本的儲(chǔ)氫、輸氫技術(shù)是氫能規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)化的重要力量，氫安全是氫能推廣和應(yīng)用的保障，標(biāo)準(zhǔn)化是氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。
朱新堅(jiān)
上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授、博導(dǎo)：
SOFC在大中小型固定式熱電聯(lián)供領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。自2010年Bloom Energy 公司研制出100kW SOFC系統(tǒng)（Bloom Box）產(chǎn)品以來(lái)，國(guó)際SOFC進(jìn)入了商業(yè)化快速發(fā)展階段。經(jīng)多年攻關(guān)，我國(guó)SOFC在原材料及組件、單電池、電池組和發(fā)電系統(tǒng)集成等技術(shù)層面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀看，與國(guó)際先進(jìn)水平仍然有5年左右的差距。主要原因有二條：一是研發(fā)主體倒置；二是國(guó)家層面沒(méi)有明確的SOFC發(fā)展戰(zhàn)略路線圖。因此，加快制訂國(guó)家SOFC發(fā)展戰(zhàn)略路線圖；引導(dǎo)大型企業(yè)進(jìn)入SOFC研發(fā)領(lǐng)域；出臺(tái)國(guó)家SOFC鼓勵(lì)政策，是加速我國(guó)SOFC商業(yè)化的必由之路。
齊志剛
武漢銀泰科技燃料電池有限公司副總經(jīng)理：
我國(guó)質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大的差距，而且這種差距似乎在拉大。我國(guó)的技術(shù)落后表現(xiàn)在幾乎所有方面，如關(guān)鍵材料、關(guān)鍵模塊、關(guān)鍵輔助部件、系統(tǒng)控制和集成，并且基本上沒(méi)有長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。
政府支持應(yīng)立足于系統(tǒng)的示范運(yùn)行，由此引導(dǎo)關(guān)鍵材料、關(guān)鍵模塊和關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，并且把支持重點(diǎn)放在可靠性、壽命而非僅性能上。
■ 圖說(shuō)
什么是氫能燃料電池？
氫能是一種二次能源，具有來(lái)源多樣、潔凈環(huán)保、可儲(chǔ)存和可再生等特點(diǎn)，可以同時(shí)滿足資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求。氫能燃料電池技術(shù)，一直被認(rèn)為是利用氫能，解決未來(lái)人類能源危機(jī)的途徑之一，甚至被某些專家視為終極方案，是氫能經(jīng)濟(jì)中的核心技術(shù)。
結(jié)構(gòu)
氫燃料電池由正極、負(fù)極和離子導(dǎo)體的電解質(zhì)構(gòu)成，燃料在負(fù)極氧化，氧化劑從正極還原，電子從負(fù)極通過(guò)負(fù)載流向正極構(gòu)成電回路，從而產(chǎn)生電流。
和普通電化學(xué)電池不同的是，燃料電池工作時(shí)所需的燃料和氧化劑由外部供給，其本身僅是能量轉(zhuǎn)換裝置。
分類
按照使用方式可分為固定式和便攜式燃料電池；按照運(yùn)行時(shí)溫度可分為低溫（小于100℃）、中溫（100℃—300℃）和高溫（500℃—1000℃）燃料電池。
按照燃料種類可分為氫氣和重整氫燃料電池。
通常情況下，按照燃料電池內(nèi)部電解質(zhì)的種類進(jìn)行劃分，可分為磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池（SOFC）、堿性燃料電池(AFC)和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。因電解質(zhì)非固態(tài)且具腐蝕性，AFC、PAFC、MCFC的市場(chǎng)接受度較差。
目前，PEMFC和SOFC最為市場(chǎng)接受。
氫能燃料電池技術(shù)，正是讓我們的生活遠(yuǎn)離霧霾、重見(jiàn)藍(lán)天的綠色能源技術(shù)。
氫能燃料電池具有哪些市場(chǎng)應(yīng)用前景？
燃料電池在電動(dòng)汽車、叉車、家用熱電聯(lián)供、備用電源、固定電站、軍用電源等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。
●燃料電池電動(dòng)汽車
世界七大汽車巨頭均在持續(xù)開(kāi)發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車，并將其上市時(shí)間設(shè)定在2015—2017年。2013年2月，韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司率先建成世界首條燃料電池電動(dòng)汽車生產(chǎn)線，計(jì)劃在2015年前制造出1000輛燃料電池電動(dòng)汽車。
●叉車
燃料電池叉車在美國(guó)已累計(jì)銷售數(shù)千輛，且無(wú)需政府補(bǔ)貼。美國(guó)Sysco公司在2010年裝備了一支燃料電池叉車車隊(duì)，截至2012年底，該車隊(duì)已累計(jì)運(yùn)行79萬(wàn)小時(shí)，加氫66噸，且與純電動(dòng)叉車相比，每年可節(jié)約10萬(wàn)美元。
●家用熱電聯(lián)供
自2009年，日本開(kāi)始進(jìn)行名為“ENE-FARM”家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)（CHP）的商業(yè)化推廣，政府對(duì)安裝該系統(tǒng)的單位和個(gè)人進(jìn)行財(cái)政補(bǔ)貼。2012年9月，歐盟設(shè)立名為ene.field的CHP項(xiàng)目，計(jì)劃投資5300萬(wàn)歐元。
●新的增長(zhǎng)點(diǎn)—電、氣轉(zhuǎn)換
電—氣轉(zhuǎn)換技術(shù)將可再生能源多余電能通過(guò)電解水轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃猓a(chǎn)生的氫氣即可儲(chǔ)存起來(lái)根據(jù)需要由燃料電池再發(fā)電，也可直接進(jìn)入天然氣管道給用戶使用。德國(guó)能源巨頭意昂公司正在Falkenhagen建設(shè)示范工廠，利用2MW風(fēng)電生產(chǎn)360Nm3/h氫氣，這些氫氣以2%體積比直接送入Ontras天然氣公司管道中，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。
●備用電源
燃料電池作為通信基站的備用電源壽命長(zhǎng)，備電時(shí)間久、維護(hù)便捷、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及零污染等。2010年美國(guó)共銷售1221臺(tái)燃料電池備用電源，2011年超過(guò)2000臺(tái)。加拿大Ballard公司僅2011年就銷售燃料電池備用電源1447臺(tái)。
●固定電站
近年來(lái)，大型燃料電池電站（MW級(jí)）安裝數(shù)量逐年增加。如，美國(guó)Fuel Cell Energy公司已聯(lián)合韓國(guó)POSCO公司安裝了超過(guò)40MW的MCFC燃料電池電站，并計(jì)劃在2013年再安裝60MW。
●軍用電源
燃料電池在國(guó)防上的應(yīng)用范圍日益廣泛，主要是采用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)作為其軍用電源。2005年10月，繼瑞典“哥特蘭”（A-19）級(jí)潛艇采用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)后，德國(guó)212A、214A型潛艦也陸續(xù)采用該系統(tǒng)。最近，韓國(guó)購(gòu)買了3艘214A型潛艦，并將建造6艘燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)潛艇；美國(guó)海軍研發(fā)出以燃料電池為動(dòng)力的“離子虎”無(wú)人機(jī)，持續(xù)飛行時(shí)間超過(guò)了48小時(shí)。
■ 延伸
氫能燃料電池關(guān)鍵技術(shù)與瓶頸
在氫能燃料電池領(lǐng)域，美國(guó)、日本處于世界領(lǐng)先地位，德國(guó)次之。加拿大、英國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等處于第二集團(tuán)，是氫能經(jīng)濟(jì)的有力挑戰(zhàn)者和追隨者。但是，關(guān)鍵技術(shù)、示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化差距導(dǎo)致我國(guó)氫能燃料電池技術(shù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵材料研發(fā)
燃料電池的關(guān)鍵材料主要包括催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、絕緣端板等。高性能燃料電池關(guān)鍵材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成為限制燃料電池技術(shù)進(jìn)步的主要問(wèn)題之一。
催化劑是保證燃料電池電化學(xué)反應(yīng)活性的關(guān)鍵，已成為燃料電池領(lǐng)域最為熱門的研發(fā)方向之一。燃料電池催化劑主要分為鉑催化劑、低鉑催化劑以及無(wú)鉑催化劑三類，研究?jī)?nèi)容涵蓋多元合金催化劑、核殼催化劑、非貴金屬催化劑以及陰極催化反應(yīng)機(jī)理研究等。
質(zhì)子交換膜作為燃料電池系統(tǒng)的另一類重要核心材料，同樣是影響電池性能和壽命的關(guān)鍵因素，其技術(shù)難點(diǎn)主要包括：（1）質(zhì)子膜導(dǎo)電機(jī)理與降解機(jī)理研究；（2）具有化學(xué)與機(jī)械穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、自加濕能力的高性能質(zhì)子膜材料的開(kāi)發(fā)；（3）質(zhì)子膜的成型技術(shù)。
膜電極制備
膜電極作為電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，是燃料電池系統(tǒng)的核心功能部件，其研發(fā)面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題主要包括：（1）增強(qiáng)膜電極三相反應(yīng)界面及其穩(wěn)定性；（2）單片膜電極制備的均一性和膜電極批量生產(chǎn)的一致性；（3）膜電極中催化劑的腐蝕與質(zhì)子膜的降解；（4）膜電極破壞機(jī)理研究與壽命衰減測(cè)試；（5）商業(yè)化膜電極制備技術(shù)及其性能可靠性。
我國(guó)開(kāi)發(fā)出的膜電極電輸出性能已接近1W/cm2的國(guó)際先進(jìn)水平。
電池堆設(shè)計(jì)
燃料電池堆的設(shè)計(jì)上承系統(tǒng)運(yùn)行要求，下接關(guān)鍵材料性能，同時(shí)還要考慮反應(yīng)氣流體力學(xué)行為與電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是基礎(chǔ)研究與工程設(shè)計(jì)結(jié)合的產(chǎn)物，所涉及的技術(shù)難點(diǎn)主要包括：（1）電池堆內(nèi)部反應(yīng)氣與冷卻液的均勻分配；（2）電池堆縱向溫度分布的均一性；（3）端板節(jié)電池的性能衰減；（4）陰陽(yáng)極反應(yīng)腔內(nèi)濕度分布的可控性；（5）電池堆內(nèi)部單電池性能分布與操作條件優(yōu)化；（6）電池堆密封的可靠性；（7）電池堆耐水淹、耐干燥條件運(yùn)行能力；（8）電池堆裝配壓力分布對(duì)性能影響及裝配工藝優(yōu)化。
電池堆設(shè)計(jì)根據(jù)所處研發(fā)階段而面臨相應(yīng)的技術(shù)瓶頸：（1）電池堆運(yùn)行的可靠性，包括運(yùn)行的穩(wěn)定性，安全性及壽命；（2）電池堆發(fā)電效率、功率密度的提高和成本的減控；（3）電池堆批量生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控和成本降低。
系統(tǒng)集成
燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成與控制是以電池堆運(yùn)行特性為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，結(jié)合附屬部件工作特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件控制與硬件集成。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和模塊的多樣化，燃料電池系統(tǒng)集成面臨的主要技術(shù)難題包括：（1）電池堆與系統(tǒng)內(nèi)其它模塊間的熱量耦合及散熱處理；（2）系統(tǒng)水氣管理與循環(huán)利用；（3）系統(tǒng)的快速啟動(dòng)與響應(yīng)；（4）附屬部件與系統(tǒng)電能輸出的能量管理以及系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)檢測(cè)與自修復(fù)功能。
示范應(yīng)用
我國(guó)燃料電池汽車的示范主要得益于大型活動(dòng)的舉辦，如2008年北京奧運(yùn)會(huì)及2010年上海世博會(huì)均有較大規(guī)模的燃料電池車示范運(yùn)行，但運(yùn)行時(shí)間未超過(guò)一年，與國(guó)際上長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的大規(guī)模示范有較大差距。氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落實(shí)是制約燃料電池示范應(yīng)用的重要原因。我國(guó)累計(jì)建造了5座加氫站，目前僅有2座保持運(yùn)行，而國(guó)際上已有近200座加氫站在運(yùn)行。
國(guó)際上燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化程度還很低，且研發(fā)主體基本為中小企業(yè)，商業(yè)化產(chǎn)品寥寥無(wú)幾。
“西苑沙龍”是科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心為了推動(dòng)國(guó)家科技計(jì)劃相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究，舉辦的以西苑飯店為場(chǎng)地的系列科技發(fā)展戰(zhàn)略和學(xué)術(shù)研討沙龍活動(dòng)。沙龍重點(diǎn)圍繞高技術(shù)、基礎(chǔ)研究及其學(xué)科交叉領(lǐng)域的發(fā)展前沿與趨勢(shì)、重大應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求方面的重大問(wèn)題，探討科技前沿、討論最新突破性進(jìn)展，展望未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。沙龍鼓勵(lì)與會(huì)者本著“客觀、求實(shí)，融合、創(chuàng)新”的原則，以客觀求實(shí)的態(tài)度，發(fā)表自己的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)；鼓勵(lì)和引導(dǎo)多學(xué)科交叉融合，激勵(lì)創(chuàng)新思想。
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近日，主題為“氫能燃料電池技術(shù)”的西苑沙龍會(huì)議在京召開(kāi)。與會(huì)專家對(duì)氫能燃料電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用前景、技術(shù)瓶頸以及發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了深入、廣泛的研討，對(duì)我國(guó)氫能燃料電池技術(shù)在關(guān)鍵技術(shù)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家間存在的差距進(jìn)行了分析，提出了未來(lái)發(fā)展目標(biāo)和技術(shù)路線，同時(shí)，針對(duì)我國(guó)燃料電池技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，從政府和政策層面提出了相關(guān)建議措施。
■ 專家說(shuō)
潘牧
武漢理工大學(xué)教授、博導(dǎo)，武漢理工新能源公司總經(jīng)理：
近年來(lái)，氫能燃料電池?zé)o論從研發(fā)投入、技術(shù)成果還是燃料電池、制氫產(chǎn)業(yè)來(lái)看，國(guó)際氫能燃料電池都處于持續(xù)增長(zhǎng)的局面，其市場(chǎng)將隨時(shí)迎來(lái)爆發(fā)性增長(zhǎng)。
研發(fā)、示范氫能燃料電池的生產(chǎn)、供給和儲(chǔ)存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能住宅、智能建筑和智能城鎮(zhèn)的燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、互動(dòng)，建立智能能源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源供給從集中式向分布式供給的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏等可再生能源的全利用，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)能源利用效率的最大化，具有重要意義。智能能源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將帶來(lái)第三次工業(yè)革命，是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一場(chǎng)盛宴，需要我國(guó)能源、交通以及家電等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)積極參與。
鄭津洋
浙江大學(xué)化工機(jī)械研究所所長(zhǎng)、博導(dǎo)，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授：
制氫是氫能應(yīng)用的基礎(chǔ)。高效、安全可靠、低成本的儲(chǔ)氫、輸氫技術(shù)是氫能規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)化的重要力量，氫安全是氫能推廣和應(yīng)用的保障，標(biāo)準(zhǔn)化是氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。
朱新堅(jiān)
上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授、博導(dǎo)：
SOFC在大中小型固定式熱電聯(lián)供領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。自2010年Bloom Energy 公司研制出100kW SOFC系統(tǒng)（Bloom Box）產(chǎn)品以來(lái)，國(guó)際SOFC進(jìn)入了商業(yè)化快速發(fā)展階段。經(jīng)多年攻關(guān)，我國(guó)SOFC在原材料及組件、單電池、電池組和發(fā)電系統(tǒng)集成等技術(shù)層面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀看，與國(guó)際先進(jìn)水平仍然有5年左右的差距。主要原因有二條：一是研發(fā)主體倒置；二是國(guó)家層面沒(méi)有明確的SOFC發(fā)展戰(zhàn)略路線圖。因此，加快制訂國(guó)家SOFC發(fā)展戰(zhàn)略路線圖；引導(dǎo)大型企業(yè)進(jìn)入SOFC研發(fā)領(lǐng)域；出臺(tái)國(guó)家SOFC鼓勵(lì)政策，是加速我國(guó)SOFC商業(yè)化的必由之路。
齊志剛
武漢銀泰科技燃料電池有限公司副總經(jīng)理：
我國(guó)質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大的差距，而且這種差距似乎在拉大。我國(guó)的技術(shù)落后表現(xiàn)在幾乎所有方面，如關(guān)鍵材料、關(guān)鍵模塊、關(guān)鍵輔助部件、系統(tǒng)控制和集成，并且基本上沒(méi)有長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。
政府支持應(yīng)立足于系統(tǒng)的示范運(yùn)行，由此引導(dǎo)關(guān)鍵材料、關(guān)鍵模塊和關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，并且把支持重點(diǎn)放在可靠性、壽命而非僅性能上。
■ 圖說(shuō)
什么是氫能燃料電池？
氫能是一種二次能源，具有來(lái)源多樣、潔凈環(huán)保、可儲(chǔ)存和可再生等特點(diǎn)，可以同時(shí)滿足資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求。氫能燃料電池技術(shù)，一直被認(rèn)為是利用氫能，解決未來(lái)人類能源危機(jī)的途徑之一，甚至被某些專家視為終極方案，是氫能經(jīng)濟(jì)中的核心技術(shù)。
結(jié)構(gòu)
氫燃料電池由正極、負(fù)極和離子導(dǎo)體的電解質(zhì)構(gòu)成，燃料在負(fù)極氧化，氧化劑從正極還原，電子從負(fù)極通過(guò)負(fù)載流向正極構(gòu)成電回路，從而產(chǎn)生電流。
和普通電化學(xué)電池不同的是，燃料電池工作時(shí)所需的燃料和氧化劑由外部供給，其本身僅是能量轉(zhuǎn)換裝置。
分類
按照使用方式可分為固定式和便攜式燃料電池；按照運(yùn)行時(shí)溫度可分為低溫（小于100℃）、中溫（100℃—300℃）和高溫（500℃—1000℃）燃料電池。
按照燃料種類可分為氫氣和重整氫燃料電池。
通常情況下，按照燃料電池內(nèi)部電解質(zhì)的種類進(jìn)行劃分，可分為磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池（SOFC）、堿性燃料電池(AFC)和質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。因電解質(zhì)非固態(tài)且具腐蝕性，AFC、PAFC、MCFC的市場(chǎng)接受度較差。
目前，PEMFC和SOFC最為市場(chǎng)接受。
氫能燃料電池技術(shù)，正是讓我們的生活遠(yuǎn)離霧霾、重見(jiàn)藍(lán)天的綠色能源技術(shù)。
氫能燃料電池具有哪些市場(chǎng)應(yīng)用前景？
燃料電池在電動(dòng)汽車、叉車、家用熱電聯(lián)供、備用電源、固定電站、軍用電源等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。
●燃料電池電動(dòng)汽車
世界七大汽車巨頭均在持續(xù)開(kāi)發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車，并將其上市時(shí)間設(shè)定在2015—2017年。2013年2月，韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司率先建成世界首條燃料電池電動(dòng)汽車生產(chǎn)線，計(jì)劃在2015年前制造出1000輛燃料電池電動(dòng)汽車。
●叉車
燃料電池叉車在美國(guó)已累計(jì)銷售數(shù)千輛，且無(wú)需政府補(bǔ)貼。美國(guó)Sysco公司在2010年裝備了一支燃料電池叉車車隊(duì)，截至2012年底，該車隊(duì)已累計(jì)運(yùn)行79萬(wàn)小時(shí)，加氫66噸，且與純電動(dòng)叉車相比，每年可節(jié)約10萬(wàn)美元。
●家用熱電聯(lián)供
自2009年，日本開(kāi)始進(jìn)行名為“ENE-FARM”家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)（CHP）的商業(yè)化推廣，政府對(duì)安裝該系統(tǒng)的單位和個(gè)人進(jìn)行財(cái)政補(bǔ)貼。2012年9月，歐盟設(shè)立名為ene.field的CHP項(xiàng)目，計(jì)劃投資5300萬(wàn)歐元。
●新的增長(zhǎng)點(diǎn)—電、氣轉(zhuǎn)換
電—氣轉(zhuǎn)換技術(shù)將可再生能源多余電能通過(guò)電解水轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?，產(chǎn)生的氫氣即可儲(chǔ)存起來(lái)根據(jù)需要由燃料電池再發(fā)電，也可直接進(jìn)入天然氣管道給用戶使用。德國(guó)能源巨頭意昂公司正在Falkenhagen建設(shè)示范工廠，利用2MW風(fēng)電生產(chǎn)360Nm3/h氫氣，這些氫氣以2%體積比直接送入Ontras天然氣公司管道中，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。
●備用電源
燃料電池作為通信基站的備用電源壽命長(zhǎng)，備電時(shí)間久、維護(hù)便捷、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及零污染等。2010年美國(guó)共銷售1221臺(tái)燃料電池備用電源，2011年超過(guò)2000臺(tái)。加拿大Ballard公司僅2011年就銷售燃料電池備用電源1447臺(tái)。
●固定電站
近年來(lái)，大型燃料電池電站（MW級(jí)）安裝數(shù)量逐年增加。如，美國(guó)Fuel Cell Energy公司已聯(lián)合韓國(guó)POSCO公司安裝了超過(guò)40MW的MCFC燃料電池電站，并計(jì)劃在2013年再安裝60MW。
●軍用電源
燃料電池在國(guó)防上的應(yīng)用范圍日益廣泛，主要是采用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)作為其軍用電源。2005年10月，繼瑞典“哥特蘭”（A-19）級(jí)潛艇采用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)后，德國(guó)212A、214A型潛艦也陸續(xù)采用該系統(tǒng)。最近，韓國(guó)購(gòu)買了3艘214A型潛艦，并將建造6艘燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)潛艇；美國(guó)海軍研發(fā)出以燃料電池為動(dòng)力的“離子虎”無(wú)人機(jī)，持續(xù)飛行時(shí)間超過(guò)了48小時(shí)。
■ 延伸
氫能燃料電池關(guān)鍵技術(shù)與瓶頸
在氫能燃料電池領(lǐng)域，美國(guó)、日本處于世界領(lǐng)先地位，德國(guó)次之。加拿大、英國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等處于第二集團(tuán)，是氫能經(jīng)濟(jì)的有力挑戰(zhàn)者和追隨者。但是，關(guān)鍵技術(shù)、示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化差距導(dǎo)致我國(guó)氫能燃料電池技術(shù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵材料研發(fā)
燃料電池的關(guān)鍵材料主要包括催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板、絕緣端板等。高性能燃料電池關(guān)鍵材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)成為限制燃料電池技術(shù)進(jìn)步的主要問(wèn)題之一。
催化劑是保證燃料電池電化學(xué)反應(yīng)活性的關(guān)鍵，已成為燃料電池領(lǐng)域最為熱門的研發(fā)方向之一。燃料電池催化劑主要分為鉑催化劑、低鉑催化劑以及無(wú)鉑催化劑三類，研究?jī)?nèi)容涵蓋多元合金催化劑、核殼催化劑、非貴金屬催化劑以及陰極催化反應(yīng)機(jī)理研究等。
質(zhì)子交換膜作為燃料電池系統(tǒng)的另一類重要核心材料，同樣是影響電池性能和壽命的關(guān)鍵因素，其技術(shù)難點(diǎn)主要包括：（1）質(zhì)子膜導(dǎo)電機(jī)理與降解機(jī)理研究；（2）具有化學(xué)與機(jī)械穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、自加濕能力的高性能質(zhì)子膜材料的開(kāi)發(fā)；（3）質(zhì)子膜的成型技術(shù)。
膜電極制備
膜電極作為電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，是燃料電池系統(tǒng)的核心功能部件，其研發(fā)面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題主要包括：（1）增強(qiáng)膜電極三相反應(yīng)界面及其穩(wěn)定性；（2）單片膜電極制備的均一性和膜電極批量生產(chǎn)的一致性；（3）膜電極中催化劑的腐蝕與質(zhì)子膜的降解；（4）膜電極破壞機(jī)理研究與壽命衰減測(cè)試；（5）商業(yè)化膜電極制備技術(shù)及其性能可靠性。
我國(guó)開(kāi)發(fā)出的膜電極電輸出性能已接近1W/cm2的國(guó)際先進(jìn)水平。
電池堆設(shè)計(jì)
燃料電池堆的設(shè)計(jì)上承系統(tǒng)運(yùn)行要求，下接關(guān)鍵材料性能，同時(shí)還要考慮反應(yīng)氣流體力學(xué)行為與電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是基礎(chǔ)研究與工程設(shè)計(jì)結(jié)合的產(chǎn)物，所涉及的技術(shù)難點(diǎn)主要包括：（1）電池堆內(nèi)部反應(yīng)氣與冷卻液的均勻分配；（2）電池堆縱向溫度分布的均一性；（3）端板節(jié)電池的性能衰減；（4）陰陽(yáng)極反應(yīng)腔內(nèi)濕度分布的可控性；（5）電池堆內(nèi)部單電池性能分布與操作條件優(yōu)化；（6）電池堆密封的可靠性；（7）電池堆耐水淹、耐干燥條件運(yùn)行能力；（8）電池堆裝配壓力分布對(duì)性能影響及裝配工藝優(yōu)化。
電池堆設(shè)計(jì)根據(jù)所處研發(fā)階段而面臨相應(yīng)的技術(shù)瓶頸：（1）電池堆運(yùn)行的可靠性，包括運(yùn)行的穩(wěn)定性，安全性及壽命；（2）電池堆發(fā)電效率、功率密度的提高和成本的減控；（3）電池堆批量生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控和成本降低。
系統(tǒng)集成
燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成與控制是以電池堆運(yùn)行特性為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求，結(jié)合附屬部件工作特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件控制與硬件集成。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和模塊的多樣化，燃料電池系統(tǒng)集成面臨的主要技術(shù)難題包括：（1）電池堆與系統(tǒng)內(nèi)其它模塊間的熱量耦合及散熱處理；（2）系統(tǒng)水氣管理與循環(huán)利用；（3）系統(tǒng)的快速啟動(dòng)與響應(yīng)；（4）附屬部件與系統(tǒng)電能輸出的能量管理以及系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)檢測(cè)與自修復(fù)功能。
示范應(yīng)用
我國(guó)燃料電池汽車的示范主要得益于大型活動(dòng)的舉辦，如2008年北京奧運(yùn)會(huì)及2010年上海世博會(huì)均有較大規(guī)模的燃料電池車示范運(yùn)行，但運(yùn)行時(shí)間未超過(guò)一年，與國(guó)際上長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的大規(guī)模示范有較大差距。氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落實(shí)是制約燃料電池示范應(yīng)用的重要原因。我國(guó)累計(jì)建造了5座加氫站，目前僅有2座保持運(yùn)行，而國(guó)際上已有近200座加氫站在運(yùn)行。
國(guó)際上燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化程度還很低，且研發(fā)主體基本為中小企業(yè)，商業(yè)化產(chǎn)品寥寥無(wú)幾。
“西苑沙龍”是科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心為了推動(dòng)國(guó)家科技計(jì)劃相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究，舉辦的以西苑飯店為場(chǎng)地的系列科技發(fā)展戰(zhàn)略和學(xué)術(shù)研討沙龍活動(dòng)。沙龍重點(diǎn)圍繞高技術(shù)、基礎(chǔ)研究及其學(xué)科交叉領(lǐng)域的發(fā)展前沿與趨勢(shì)、重大應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求方面的重大問(wèn)題，探討科技前沿、討論最新突破性進(jìn)展，展望未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。沙龍鼓勵(lì)與會(huì)者本著“客觀、求實(shí)，融合、創(chuàng)新”的原則，以客觀求實(shí)的態(tài)度，發(fā)表自己的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)；鼓勵(lì)和引導(dǎo)多學(xué)科交叉融合，激勵(lì)創(chuàng)新思想。
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