中国燃料电池现状与展望

mada

中国燃料电池现状与展望 (engineering.org.cn)

就全球氢燃料汽车发展类型而言，氢燃料电池汽车主要是乘用车。小型燃料电池乘用车技术的发展使得大型燃料电池商用车的发展成为可能，如氢燃料电池重型卡车和叉车。

加氢站（HRS）的数量影响着质子交换膜燃料电池技术的应用。截至2021年年底，全球共有659家加氢站在运营，其中183家在中国运营。然而，中国以商用车为导向的发展路线并不取决于商业化初期加氢站的数量。

一般来说，传统的低温质子交换膜燃料电池（LT-PEMFC）是在低于100 ℃的温度下运行，并且由于系统中水蒸气和液态水的存在，因此存在关键的水管理问题，需要复杂的流场设计来解决。

近年来，高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC; 120~200 ℃）因其优于低温质子交换膜燃料电池的优点而吸引了越来越多的关注，例如，由于高温质子交换膜燃料电池中没有液态水，因此易于热量和水的管理，而且其催化剂对有毒气体的耐受性提高，可以直接使用重整气作燃料。



固体氧化物燃料电池可以使用非高纯度的氢作为燃料。特别地，它们可以使用各种含碳燃料（如天然气、生物质气、汽油、柴油、乙醇等）直接运行，与现有的能源供应系统兼容。固体氧化物燃料电池又称为陶瓷燃料电池，具有全固态陶瓷结构，寿命可达100 000 h，可模块化设计，易于安装，在不同额定功率下具有较高的电效率，并能提高电网运行的灵活性和安全性。固体氧化物燃料电池的缺点包括运行温度较高——这影响了材料选择的范围和由于材料退化而造成的寿命损坏——以及冷启动较慢。固体氧化物燃料电池最常见的应用领域是固定式发电，包括小型家用热电联产（CHP）、数据中心备用电站和工业固定电站。在这些应用中，CO2近零排放的大规模分布式整体煤气化燃料电池发电（IGFC）系统将成为未来主要的研究方向。



IGFC是一个将整体煤气化联合循环（IGCC）与高温固体氧化物燃料电池相结合的发电系统。IGFC有望进一步提高煤气化发电的效率，降低二氧化碳捕集成本，同时实现二氧化碳和污染物的近零排放，是煤炭发电的一项根本性变革技术。

固体氧化物燃料电池产业链中的关键任务：要提升固体氧化物燃料电池产业链，必须完成以下关键任务：（1）开发低成本、高性能的单电池技术，研究使用含碳或氨燃料的固体氧化物燃料电池的应用，研究运行工况下电极活性的提高和污染物抗侵蚀机理，研究开发质子导体材料和关键技术，发展低温固体氧化物燃料电池【SOFC 大致可以分为高温型（900～1 000 ℃）、中温型（700～850 ℃）和低温型（400～600 ℃）】，以及开发加速寿命测试的技术和方法；（2）高效、稳定和可靠的电池堆设计和集成技术，包括可循环和可修复的陶瓷金属密封技术、低成本不锈钢材料开发和抗氧化涂层技术；（3）大功率模块集成技术和热管理技术、系统集成技术及相关控制策略等IGFC系统技术开发；（4）扩大固体氧化物燃料电池的工业应用，如运输和船舶应用，并加强固体氧化物电解池（SOEC）的制氢技术开发。