随着人类对能源问题的日益重视，许多非使用化石能源且运作过程零污染的发电技术，在近年来发展迅速，燃料电池、太阳能与风力发电等都属于此洁净能源的范畴。燃料电池为近几年来研发为广泛、技术发展为迅速的电源技术，具有构造简单、电力密度高、效率高、环保等特性，固体氧化物燃料电池耐久性解决方案，其低温(约80℃)操作和启动快速的优势，更促使燃料电池成为未来电动车辆、分散式发电系统及3C产品应用具影响力之技术。 燃料电池的种类随着电解质的不同而不同，从碱性(alkaline fuel cell, AFC)、质子交换膜(Proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)、直接进料甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)和磷酸(phosphoric acid fuel cell, PAFC)燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell, MCFC)，到固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)。不同的燃料电池除电解质外，其他如操作温度、电极材料、使用燃料，及发电效率等亦各有不同。 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氟素系高分子膜用作为电解质有两个优点，首先，它容易以普通温度开机和低于80℃的操作温度，并且它每单位面积有高能量密度，体积可被缩小。随着选择燃料车辆提供我们的目前能源危机的一个经济和友好的解决办法，燃料电池汽车被看成是终主要汽车。日本汽车制造厂商分享他们为汽车应用需要使燃料电池技术商业化，以解决能源问题和拯救全球环境。事实上，几乎所有全球的汽车制造厂商都是透过某种方法以发展燃料电池汽车和增加研发速度。然而，燃料电池汽车的表现还没达到汽油发动汽车的一般水平，因为目前燃料电池汽车比传统汽车还更重、更大和更昂贵。同样，燃料电池耐久性还需要被验证，生产一致性也需要被加强。另外还有许多技术要挑战，如费用减少的克服、在寒冷地区的启动、体积缩小和可靠性。因此，需由汽车制造厂商断定PEMFC发动的燃料电池汽车是否确实能达到如同汽油发动车辆的性能和费用的效率。

PEMFC电堆由多个PEMFC 单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件（MEA）交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成PEMFC电堆，如附图所示。叠合压紧时应确保气体主通道对正以便H2和O2能顺利通达每一单电池。电堆工作时，固体氧化物燃料电池耐久性解决方案，H2和O2分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。 PEMFC电堆的核心是MEA组件和双极板。MEA是将两张喷涂有Nafion溶液及Pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。双极板常用石墨板材料制作，具有高密度、高强度，无穿孔性漏气，在高压强下无变形，导电、导热性能优良，固体氧化物燃料电池耐久性解决方案，与电极兼容性好等特点。常用石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道，其流道设计和加工工艺与电池性能密切相关。 优点编辑 PEMFC具有如下优点：其发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。所以，PEMFC电源是一种清洁、有效的绿色环保电源。 PEMFC运行原理编辑 通常，PEMFC的运行需要一系列辅助设备与之共同构成发电系统。PEMFC发电系统由电堆、氢氧供应系统、水热管理系统、电能变换系统和控制系统等构成。电堆是PEMFC发电系统的核心，PEMFC发电系统运行时，反应气体H2和O2分别通过调压阀、加湿器（加湿、升温）后进入电堆，发生反应产生直流电，经稳压、变换后供给负载。电堆工作时，H2和O2反应产生的水由阴极过量的氧气（空气）流带出。未反应的（过量的）H2和O2流出电堆后，经汽水分离器除水，可经过循环泵重新进入电堆循环使用，在开放空间也可以直接排放到空气中。 水、热管理是PEMFC 发电系统的重要环节之一。电堆运行时，质子交换膜需要保持一定的湿度，反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响，这就产生了PEMFC 发电系统的水、热管理问题。通常情况下，电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜，以免电极“坏死”（质子交换膜传导质子能力下降，甚至损坏）；同时又必须及时将生成的水排出，广州群翌能源有限公司,固体氧化物燃料电池耐久性解决方案,群翌能源,以防电极“淹死”。由于PEMFC的运行温度一般在80℃左右，此时PEMFC 的运行效能好，因此反应气体进入电堆前需要预加热，这一过程通常与气体的加湿过程同时进行；电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高，必须采取适当的冷却措施，以保持PEMFC电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。 为了确保PEMFC电堆的正常工作，通常将电堆、H2和O2处理系统、水热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化集成，构成PEMFC发电机。根据不同负载和环境条件，配置H2和O2存储系统、余热处理系统和电力变换系统，并进行机电一体化集成就可构成PEMFC发电站。 存储装置编辑 通常，PEMFC发电站由PEMFC发电机和氢气生产与储存装置、空气供应保障系统、氢气安全监控与排放装置、冷却水罐和余热处理系统、电气系统及电站自动控制系统构成。（现在2010年，电堆基本没有冷却水灌和余热处理系统装置了。） 氢气存储装置为发电机提供氢气，其储量按负荷所需发电量确定。氢气存储方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种，主要按电站所处环境条件及技术经济指标来决定。氢气存储是建设PEMFC发电站的关键问题之一，储氢方式、储氢材料选择关系整个电站的安全性和经济性。空气供应保障系统对地面开放空间的PEMFC应用（如PEMFC电动车）不成问题，但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题，如何设置进气通道必须进行严格的论证。氢气安全监控与排放装置是氢能发电站的一个特有问题，由于氢气是轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、PEMFC电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止电站空间集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感器必须安装在电站空间的高处。冷却水箱或余热处理系统是吸收或处理PEMFC发电机运行产生的热量，保障电站环境不超温。将PEMFC发电站的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调、采暖或洗消等，实现电热联产联供，可大大提高燃料利用效率，具有好的发展与应用前景。电气系统根据工程整体供电方式和结构对PEMFC发电机发出电力进行处理后与电网并联运行或/和直接向负载供电，涉及潮流、开关设备、表盘和继电保护等。采用PEMFC发电站可以实现工程应急电网的多电源分布式供电方式，因此其电气及变配电系统是一个值得深入研究的问题。电站自动化系统是为保障PEMFC发电站正常工作、可靠运行而设置的基于计算机参数检测与协调控制的自动装置，一般应采用分布式控制系统（DCS）或现场总线控制系统（FCS）。主要设备包括现场智能仪表或传感器、变送器，通讯总线和控制器，并提供向工程控制中心联网通讯的接口。主要功能包括参数检测、显示、报警，历史数据存储，故障诊断，事故追忆，操作指导，控制保护输出和数据信息管理等，是PEMFC 电站信息化、智能化的核心。

相关资讯查看