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(guò)電化學(xué)反應(yīng)將儲(chǔ)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(huì)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(dòng)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(guò)熱機(jī)過(guò)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(duì)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(wú)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(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，并能有效緩解由集中供電帶來(lái)的電網(wǎng)安全問(wèn)題。因此，世界各國(guó)爭(zhēng)相開(kāi)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(jí)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(tái)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(wèn)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(dòng)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(dòng)速度快、功率密度高、無(wú)污染等特點(diǎn)被認(rèn)為是未來(lái)清潔汽車的最佳候選電源之一。從上世紀(jì)90年代起，美國(guó)、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(chǎng)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(kāi)發(fā)出數(shù)百臺(tái)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(guó)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(guò)研究燃料電池各種基礎(chǔ)性的問(wèn)題，找到解決車用燃料電池壽命問(wèn)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(wú)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(huì)使移動(dòng)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(lái)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(kāi)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(wèn)題，很快就可將其商業(yè)化。

　　由此可見(jiàn)，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(guó)《時(shí)代》周刊評(píng)為21世紀(jì)對(duì)人類社會(huì)有重要影響的十大技術(shù)之一。

　　我國(guó)政府一直重視燃料電池技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)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(guó)燃料電池的研究開(kāi)發(fā)取得蓬勃發(fā)展，在國(guó)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(kāi)發(fā)。并且，我國(guó)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(kāi)發(fā)水平正在向國(guó)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(guó)家工程研究中心”獲得國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)正式成立。燃料電池國(guó)家工程中心的建成將有力地加快我國(guó)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(lái)，燃料電池一定會(huì)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(huì)帶來(lái)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(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)，研究成果曾獲多項(xiàng)國(guó)家專利, 并在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表文章40余篇。