在眾多的新能源技術(shù)中,燃料電池是一顆令人矚目的璀璨新星。燃料電池能夠通過電化學(xué)反應(yīng),直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,徹底改變了傳統(tǒng)化石能源從化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能的轉(zhuǎn)化路徑,極大地提高了化石能源的發(fā)電效率,降低了顆粒物、氮氧化物以及硫氧化物等污染物的排放。
在20年代70年代氫經(jīng)濟(jì)浪潮的推動下,燃料電池的研發(fā)進(jìn)入了一個高潮,而今的燃料電池技術(shù)正在逐漸接近商業(yè)化,可利用的燃料種類也不再局限于氫氣,合成氣、天然氣,甚至生物質(zhì)和煤炭也都能夠通過燃料電池直接發(fā)電。目前,多種多樣的燃料電池正在逐步的改善人們的生活方式和電力發(fā)展模式,正在眾多領(lǐng)域中大展身手。
“排頭兵”:質(zhì)子交換膜燃料電池
目前商業(yè)化推廣最為廣泛的當(dāng)屬質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。PEMFC作為一種低溫燃料電池,可以工作在常溫下,啟動速度小于1分鐘。2014年12月,日本面向本土市場推出的首款量產(chǎn)的燃料電池車MIRAI便是采用的PEMFC。事實上,燃料電池已經(jīng)不是燃料電池車商業(yè)化的瓶頸,關(guān)鍵問題在于加氫站的建設(shè)。PEMFC對氫氣的純度要求高達(dá)99.999%,而且氫氣難以儲存,為此建設(shè)加氫站的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于建設(shè)充電樁。但是,在一些特殊場合,并不需要數(shù)量巨大的加氫站,美國PlugPower公司采用PEMFC作為叉車的電源,成功地解決室內(nèi)內(nèi)燃機(jī)動力污染、噪音的問題,為此燃料電池叉車受到沃爾瑪?shù)裙镜臒崃覛g迎。
最近,PEMFC在移動電源領(lǐng)域也開始嶄露頭角,在美國和歐美已經(jīng)推出了產(chǎn)品級的燃料電池移動電源,通過更換燃料盒的方式來為筆記本電腦、手機(jī)等移動設(shè)備充電,雖然目前價格較鋰離子電池移動電源高出不少(大約10倍),但在一些特殊場合(登山運(yùn)動、野外生存),燃料電池移動電源的續(xù)航能力及環(huán)保特性已經(jīng)能夠讓其占有相關(guān)的市場。
還有一個不容忽視的領(lǐng)域——PEMFC備用電源。PEMFC不僅啟動速度快,保存時間大于10年,而且單次續(xù)航能力僅僅取決與燃料電池罐的大小,可以輕松達(dá)到24小時,甚至一周的時間,能夠大大的保障電力的供應(yīng),在數(shù)據(jù)中心、通信基站等領(lǐng)域的需求非常大。
“大塊頭”:熔融碳酸鹽燃料電池
熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是一種高溫燃料電池,采用熔融的碳酸鹽作為電解質(zhì),工作溫度高達(dá)650~750攝氏度。與低溫燃料電池相比,高溫燃料電池催化劑的選擇范圍增大了,可以采用鎳等非貴金屬催化劑,而且燃料的選擇范圍也增大了,不僅可以吃“細(xì)糧”氫氣,還可以吃“粗糧”天然氣、合成氣等碳?xì)淙剂?。也正是因為這個特點,MCFC在分布式發(fā)電領(lǐng)域和小型固定式發(fā)電領(lǐng)域中有了更強(qiáng)的競爭力。目前,熔融碳酸鹽燃料電池的單電池面積可以做到一平方米,單個電池堆可以做到300千瓦,系統(tǒng)的發(fā)電效率可達(dá)47%。