燃料電池將帶給我們另樣生活

　　提到“電池”，大家可能首先想到鋅錳電池、鎳氫電池、鋰電池，但你知道“燃料電池”嗎？燃料電池的工作原理和上述常規(guī)電池相同，即通過電化學(xué)反應(yīng)將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。與常規(guī)電池不同的是，燃料電池的燃料和氧化劑存放于電池的外部，它的工作方式更類似于內(nèi)燃機(jī)：只要保持燃料和氧化劑的供應(yīng)，它就會不斷工作提供電能。與常規(guī)電池相比，燃料電池更像一個(gè)自動運(yùn)行的發(fā)電廠，具有更高的系統(tǒng)集成。

　　燃料電池不經(jīng)過熱機(jī)過程，能量轉(zhuǎn)化效率高，二氧化碳的排放量比常規(guī)火力發(fā)電廠減少40%以上。它對環(huán)境友好，幾乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。使用燃料電池發(fā)電，裝置無論大小實(shí)際發(fā)電效率都可達(dá)40%～60%，熱電聯(lián)用時(shí)，綜合能量效率可達(dá)80%，而傳統(tǒng)的火力發(fā)電站只有機(jī)組規(guī)模足夠大時(shí)才能獲得令人滿意的能量效率。燃料電池的發(fā)電方式與傳統(tǒng)的大型機(jī)組、大電網(wǎng)相結(jié)合，將會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，并能有效緩解由集中供電帶來的電網(wǎng)安全問題。因此，世界各國爭相開發(fā)燃料電池電站技術(shù)。目前，直接采用天然氣、煤氣做燃料的固體氧化物燃料電池，已經(jīng)完成100千瓦級的電站試驗(yàn)；以凈化煤氣、天然氣為燃料的熔融碳酸鹽燃料電池，已經(jīng)完成2兆瓦的實(shí)驗(yàn)電站，至今已有近百臺以天然氣重整氣為燃料的磷酸燃料電池電站在世界各地運(yùn)行。只要進(jìn)一步解決燃料電池電站的成本和壽命問題，就可使其大規(guī)模商業(yè)化。

　　當(dāng)?shù)厍蛏匣剂嫌猛旰?，氫被認(rèn)為是最佳的能量載體，因此以氫為最佳燃料的燃料電池，被認(rèn)為是具有革命意義的新一代能源動力系統(tǒng)。以氫氣為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池，由于啟動速度快、功率密度高、無污染等特點(diǎn)被認(rèn)為是未來清潔汽車的最佳候選電源之一。從上世紀(jì)90年代起，美國、歐洲和日本的各大汽車生產(chǎn)廠家和石油公司，看到燃料電池汽車巨大的市場潛力，紛紛投入巨資，組成聯(lián)盟，進(jìn)行燃料電池車的相關(guān)研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)，到現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出數(shù)百臺燃料電池汽車樣車，并加緊制定相關(guān)的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但由于目前車用燃料電池的壽命和成本還達(dá)不到商業(yè)化的要求，各國在繼續(xù)進(jìn)行示范的同時(shí)，都將重點(diǎn)重新轉(zhuǎn)向應(yīng)用基礎(chǔ)研究。研究人員希望通過研究燃料電池各種基礎(chǔ)性的問題，找到解決車用燃料電池壽命問題的根本辦法，普遍認(rèn)為燃料電池車產(chǎn)業(yè)化要在2015年左右。

　　當(dāng)燃料電池以甲醇為燃料時(shí)，與傳統(tǒng)電池相比，其比能量至少要高10倍。比如，一個(gè)鋰離子電池能提供300瓦小時(shí)/升的電量，而甲醇燃料電池卻能提供4800瓦小時(shí)/升的電量。并且使用這種電池的時(shí)候既不需要到處尋找插座，也無需花時(shí)間等待充電，只要花一分鐘添加燃料就可以使設(shè)備保持工作。燃料電池的應(yīng)用將會使移動設(shè)備不再依賴電網(wǎng)，從而為手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品的電源帶來革命性的變革。有鑒于此，東芝、IBM、NEC、摩托羅拉等世界著名企業(yè)都投入巨資研發(fā)這種燃料電池，目前已經(jīng)開發(fā)出多種樣機(jī)，正在致力于提高樣機(jī)連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性和電池產(chǎn)生的微量有害物質(zhì)消除問題，很快就可將其商業(yè)化。

　　由此可見，燃料電池作為繼水力、火力、核能之后新一代能源技術(shù)，其廣闊的應(yīng)用前景可與計(jì)算機(jī)技術(shù)相媲美。因而在2000年，燃料電池被美國《時(shí)代》周刊評為21世紀(jì)對人類社會有重要影響的十大技術(shù)之一。

　　我國政府一直重視燃料電池技術(shù)的研究和開發(fā)，經(jīng)過科技部“九五”攻關(guān)、973計(jì)劃、“十五”863計(jì)劃重大專項(xiàng)的經(jīng)費(fèi)支持，我國燃料電池的研究開發(fā)取得蓬勃發(fā)展，在國內(nèi)已經(jīng)形成燃料電池的研究熱潮，有大約近百家單位，包括大學(xué)、研究所、公司在從事燃料電池技術(shù)的研究與開發(fā)。并且，我國已經(jīng)在燃料電池的多項(xiàng)核心技術(shù)方面取得突破，北京、上海、大連、武漢等城市已經(jīng)出現(xiàn)燃料電池汽車的試運(yùn)行，開發(fā)水平正在向國際一流水平邁進(jìn)。2006年10月12日，中科院大連化物所申報(bào)的創(chuàng)新能力建設(shè)項(xiàng)目“燃料電池及氫源技術(shù)國家工程研究中心”獲得國家發(fā)改委批準(zhǔn)正式成立。燃料電池國家工程中心的建成將有力地加快我國燃料電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)燃料電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

　　我們相信，在不久的將來，燃料電池一定會走進(jìn)我們的生活，像蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)一樣給人類社會帶來巨大的變革。

　　作者介紹：邵志剛，出生于1969年，山西平遙人。先后畢業(yè)于大連理工大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所，獲工學(xué)博士學(xué)位。曾在香港科技大學(xué)、英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)從事燃料電池研究工作。2006年初入選中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”，現(xiàn)為中科院大連化學(xué)物理研究所副研究員。目前主要從事質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究及工程技術(shù)開發(fā)，研究成果曾獲多項(xiàng)國家專利, 并在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表文章40余篇。