燃料電池的發(fā)展歷程
1839年英國的葛洛夫(William Grove)發(fā)明了燃料電池,并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈,燃料電池概念從此開始。120年后,另一英國人培根(Francis T. Bacon)研制出5kW的堿性燃料電池組,用作小型機(jī)械的動力,使燃料電池走出實驗室,應(yīng)用于人們的生產(chǎn)活動。
由于材料、資金、市場等問題,燃料電池的研究和開發(fā)多年來幾經(jīng)反復(fù)。
二十世紀(jì)六十年代末,燃料電池被用作航天飛行器的能源,并逐漸發(fā)展地面應(yīng)用。
至1990年,規(guī)模為11 MW的燃料電池發(fā)電站在日本運(yùn)行。能源、環(huán)保、交通等原因?qū)θ剂想姵氐陌l(fā)展起了極大的推動作用,二十一世紀(jì)燃料電池將成為重要的高新科技得以飛速發(fā)展。
1839年, Wi11iam Grove 爵士通過將水的電解過程逆轉(zhuǎn)而發(fā)現(xiàn)了燃料電池的原理。從而能夠從氫氣和氧氣中獲取電能。由于氫氣在自然界不能自由地得到,在隨后的幾年中,人們一直試圖用煤氣作為燃料,但均未獲得成功。
1866年, Werner von Siemens先生發(fā)現(xiàn)了機(jī)一電效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)啟動了發(fā)電機(jī)的發(fā)展,并使燃料電池技術(shù)黯然失色。
直到20世紀(jì)60年代,宇宙飛行的發(fā)展,才使燃料電池技術(shù)提到議事日程上來。隨著環(huán)境保護(hù)意識的日漸增強(qiáng),大大激發(fā)了人們開發(fā)燃料電池技術(shù)的興趣。
近二三十年來,由于一次能源的匱乏和環(huán)境污染問題的突出,要求開發(fā)利用新的清潔再生能源。
燃料電池由于具有能量轉(zhuǎn)換效率高、對環(huán)境污染小等優(yōu)點而受到世界各國的普遍重視。美國礦物能源部長助理克.西格爾說:“燃料電池技術(shù)在21世紀(jì)上半葉在技術(shù)上的沖擊影響,會產(chǎn)生類似于20世紀(jì)上半葉內(nèi)燃機(jī)所起的作用。”福特汽車公司主管PNGV經(jīng)理鮑伯.默爾稱,燃料電池必會給汽車動力帶來一場革命,它是唯一同時兼?zhèn)錈o污染、高效率、適用廣、無噪聲和具有連續(xù)工作和積木化的動力裝置。預(yù)期燃料電池會在國防和民用的電力、汽車、通信等多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。美國Arthur D.Little公司最新估計,2000年燃料電池在能源系統(tǒng)市場將提供1500~2000MW動力,價值超過30億美元,車輛市場將超過20億美元;2007年燃料電池在運(yùn)輸方面的商業(yè)價值將達(dá)到90億美元。
在國內(nèi),千瓦級PEM燃料電池方面已基本完成試運(yùn)行,具備了商業(yè)化開發(fā)的能力,該技術(shù)在國際上也產(chǎn)生了一定的影響。但用于剛剛起步的電汽車,還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)力量,多完成一些技術(shù)上的突破, 使我國的汽車產(chǎn)業(yè)在短時間內(nèi)趕超發(fā)達(dá)國家水平,保護(hù)地球環(huán)境的重要性今后將尤為突出,所以21世紀(jì)以燃料電池為動力的交通體系有望得以實現(xiàn),同時可以更好地改善城市中汽車污染嚴(yán)重等問題。
對于大型電站,火力發(fā)電由于機(jī)組的規(guī)模足夠大才能獲得令人滿意的效率,但裝有巨型機(jī)組的發(fā)電廠又受各種條件的限制不能貼進(jìn)用戶,因此只好集中發(fā)電由電網(wǎng)輸送給用戶。但是機(jī)組大了其發(fā)電的靈活性又不能適應(yīng)戶戶的需要,電網(wǎng)隨用戶的用電負(fù)荷變化有時呈現(xiàn)為高峰,有時則呈現(xiàn)為低谷。為了適應(yīng)用電負(fù)荷的變化只好備用一部分機(jī)組或修建抽水蓄能電站來應(yīng)急,這在總體上都是以犧牲電網(wǎng)的效益為代價的。傳統(tǒng)的火力發(fā)電站的燃燒能量大約有近70%要消耗在鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)這些龐大的設(shè)備上,燃燒時還會排放大量的有害物質(zhì)。而使用燃料電池發(fā)電,是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能,不需要進(jìn)行燃燒,沒有轉(zhuǎn)動部件,理論上能量轉(zhuǎn)換率為100%,裝置無論大小實際發(fā)電效率可達(dá)40%~60%,可以實現(xiàn)直接進(jìn)入企業(yè)、飯店、賓館、家庭實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)用,沒有輸電輸熱損失,綜合能源效率可達(dá)80%,裝置為積木式結(jié)構(gòu),容量可小到只為手機(jī)供電、大到和火力發(fā)電廠相比,非常靈活。