电子电池技术设备物理研究(编辑修改稿)

电子电池技术设备物理研究(编辑修改稿)内容摘要：

膜燃料电池的研究工作。 该所与美国CaseWesternReserve 大学和俄罗斯氢能与等离子体研究所等建立了长期协作关系。 中国科学院大连化学物理所于 1993年开展了 PEMFC的研究 ,在电极工艺和电池结构方面做了许多工作，现已研制成工作面积为 140cm2的单体电池，其输出功率达 /cm2。 清华大学核能技术设计院 1993年开展 了 PEMFC的研究 ,研制的单体电池在 流密度为 100mA/cm2，改进石棉集流板的加工工艺，并提出列管式 PEMFC的设计，该单位已与德国 Karlsrube研究中心建立了一定的协作关系。 天津大学于 1994年在国家自然科学基金会资助下开展了 PEMFC的研究，主要研究催化剂和电极的制备工艺。 复旦大学在 90 年代初开始研制直接甲醇 PEMFC，主要研究聚苯并咪唑膜的制备和电极制备工艺。 厦门大学近年来与香港大学和美国的 CaseWesternReserve 大学合作开展了直接甲醇PEMFC的研究。 1994年，上海大学与北京石油大学合作研究 PEMFC(八五 攻关项目 )，主要研究催化剂、电极、电极膜集合体的制备工艺。 北京理工大学于 1995年在兵器工业部资助下开始了 PEMFC的研究，目前单体电池的电流密度为 150mA/cm2。 中国科学院工程热物理研究所于 1994 年开始研究 PEMFC，主营使用计算传热和计算流体力学方法对各种供气、增湿、排热和排水方案进行比较，提出改进的传热和传质方案。 天津电源研究所 1997年开始 PEMFC的研究 ,拟从国外引进 的电池，在解析吸收国外先进技术的基础上开展研究。 华南理工大学于 1997年初在广东省佛山基金资助下开展了 PEMFC 的研究，与国家科委电动车示范区建设相配合作了一定的研究工作。 其天然气催化转化制一氧化碳和氢气的技术现已申请国家发明专利。 中国最大的管 理 资料下载中心 (收集 \整理 . 大量免费资源共享 ) 第 13 页 共 30 页 中科院电工研究所最近开展了电动车用 PEMFC系统工程和运行模式研究，拟与有色金属研究院合作研究 PEMFC/光伏电池 (制氢 )互补发电系统和从国外引进 PEMFC装置。 1995年北京富原公司与加拿大新能源公司合作进行 PEMFC的研制与开发， 5kW 的 PEMFC样机现已研制成功并开始接受订货。 . MCFC的研究简况 国内开展 MCFC 研究的单位不太多。 哈尔滨电源成套设备研究所在 80 年代后期曾研究过MCFC， 90年代初停止了这方面的研究工作。 1993年中国科学院大连化学物理研究所在中国科学院的资助下开始了 MCFC的研究，自制LiAlO2微粉，用冷滚压法和带铸法制备出 MCFC 用的隔膜，组装了单体电池，其性能已达到国际 80年代初的水平。 90 年代初，中国科学院长春应用化学研究所也开始了 MCFC 的研究，在 LiAlO2 微粉的制备 方法研究和利用金属间化合物作 MCFC的阳极材料等方面取得了很大进展。 北京科技大学于 90 年代初在国家自然科学基金会的资助下开展了 MCFC的研究，主要研究电极材料与电解质的相互作用，提出了用金属间化合物作电极材料以降低它的溶解。 中国科学院上海冶金研究所近年来也开始了 MCFC的研究，主要着重于研究氧化镍阴极与熔融盐的相互作用。 1995 年上海交通大学与长庆油田合作开始了 MCFC 的研究，目标是共同开发 5kW～ 10kW的 MCFC。 中国科学院电工研究所在 八五 期间，考察了国外 MCFC 示范电站的系统工程，调查了电站的运行情况，现已开展了 MCFC电站系统工程关键技术的研究与开发。 . SOFC的研究简况 最早开展 SOFC研究的是中国科学院上海硅酸盐研究所他们在 1971年就开展了 SOFC的研究，主要侧重于 SOFC 电极材料和电解质材料的研究。 80 年代在国家自然科学基金会的资助下又开始了 SOFC 的研究，系统研究了流延法制备氧化锆膜材料、阴极和阳极材料、单体 SOFC结构等，已初步掌握了湿化学法制备稳定的氧化锆纳米粉和致密陶瓷的技术。 吉林大学于 1989年在吉林 省青年科学基金资助下开始对 SOFC的电解质、阳极和阴极材料等进行研究 ,组装成单体电池，通过了吉林省科委的鉴定。 1995年获吉林省计委和国家计委 450万元人民币的资助，先后研究了电极、电解质、密封和联结材料等 ,单体电池开路电压达 ，电流密度 400mA/cm2， 4个单体电池串联的电池组能使收音机和录音机正常工作。 1991年中国科学院化工冶金研究所在中国科学院资助下开展了 SOFC的研究，从研制材料着手 ,制成了管式和平板式的单体电池，功率密度达 ～ ，电流密度为150mA/cm2～ 180mA/cm2，工作电压为 ～。 1994 年该所从俄罗斯科学院乌拉尔 中国最大的管 理 资料下载中心 (收集 \整理 . 大量免费资源共享 ) 第 14 页 共 30 页 分院电化学研究所引进了 20W～ 30W块状叠层式 SOFC电池组 ,电池寿命达 1200h。 他们在分析俄罗斯叠层式结构、美国 Westinghouse 的管式结构和德国 Siemens 板式结构的基础上，设计了六面体式新型结构，该结构吸收了管式不密封的优点，电池间组合采用金属毡柔性联结，并可用常规陶瓷制备工艺制作。 中国科学技术大学于 1982年开始从事固体电解质和混合导体的研究，于 1992年在国家自然科学基金会和 863计划的资助下开始了中温 SOFC的研究。 一种是用纳米氧化锆作电解质的SOFC，工作温度约为 450℃。 另一种是用新型的质子导体作电解质的 SOFC，已获得接近理论电动势的开路电压和 200mA/cm2 的电流密度。 此外 ,他们正在研究基于多孔陶瓷支撑体的新一代SOFC。 清华大学在 90 年代初开展了 SOFC的研究，他们利用缓冲溶液法及低温合成环境调和性新工艺成功地合成了固体电解质、空气电极、燃料电极和中间联结电极材料的超细粉 ,并开展了平板型 SOFC成型和烧结技术的研究 ,取得了良好效果。 华南理工 大学于 1992年在国家自然科学基金会、广东省自然科学基金、汕头大学李嘉诚科研基金、广东佛山基金共一百多万元的资助下开始了 SOFC 的研究 ,组装的管状单体电池，用甲烷直接作燃料 ,最大输出功率为 4mW/cm2，电流密度为 17mA/cm2，连续运转 140h，电池性能无明显衰减。 中国科学院山西煤炭化学研究所在 1994 年开始 SOFC研究，用超细氧化锆粉在 1100℃ 下烧结制成稳定和致密的氧化锆电解质。 该所从 80 年代初开始煤气化热解的研究，以提供燃料电池的气源。 煤的灰熔聚气化过程已进入工业性试验阶段，正在镇江市建 立工业示范装置。 该所还开展了使煤气化热解的煤气在高温下脱硫除尘和甲醇脱氢生产合成气的研究，合成气中 CO和 H2的比例为 1∶ 2，已有成套装置出售。 中国科学院大连化学物理所于 1994年开展了 SOFC的研究工作，在电极和电解质材料的研究上取得了可喜的进展。 中国科学院北京物理所于 1995年在国家自然科学基金会的资助下，开展了用于 SOFC的新型电解质和电极材料的基础性研究。 5．国外燃料电池发展状况 发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池 技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。 值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题， 2MW、 、 11MW 成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。 燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。 燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆 21世纪新能源与环保的绿色革命。 如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为 21 世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。 燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。 中国最大的管 理 资料下载中心 (收集 \整理 . 大量免费资源共享 ) 第 15 页 共 30 页 ．磷酸型燃料电池 (PAFC) 受 1973年世界性石油危机以及美国 PAFC研发的影响，日本决定开发各种类型的燃料电池，PAFC作为大型节能发电技术由新能源产业技术开发机构（ NEDO）进行开发。 自 1981年起，进行了 1000kW现场型 PAFC发电装置的研究和开发。 1986年又开展了 200kW现场性发电装置的开发，以适用于边远地区或商业用的 PAFC发电装置。 富士电机公司是目前日本最大的 PAFC电池堆供应商。 截至 1992年，该公司已向国内外供应了 17套 PAFC示范装置，富士电机在 1997年 3月完成了分散型 5MW设备的运行研究。 作为现场用设备已有 50kW、 100kW及 500kW总计 88 种设备投入使用。 下表所示为富士电机公司已交货的发电装置运行情况，到 1998年止有的已超过了目标寿命 4万小时。 表 现场用 PAFC燃料电池的运行情况 容量 台数 累计运行时间 最长累计 最长连续 1万 h 2万 h 3万 h 50kW 66 1018411 33655 7098 54 15 4 100kW 19 274051 35607 6926 11 4 3 500kW 3 43437 16910 4214 3 0 0 东芝公司从 70 年代后半期开始，以分散型燃料电池为中心进行开发以后，将分散电源用 11MW机以及 200kW机形成了系列化。 11MW机是世界上最 大的燃料电池发电设备，从 1989年开始在东京电力公司五井火电站内建造， 1991年 3月初发电成功后，直到 1996年 5月进行了 5年多现场试验，累计运行时间超过 2 万小时，在额定运行情况下实现发电效率 %。 在小型现场燃料电池领域， 1990年东芝和美国 IFC公司为使现场用燃料电池商业化，成立了 ONSI公司，以后开始向全世界销售现场型 200kW设备 PC25系列。 PC25系列燃料电池从 1991年末运行，到 1998年 4月，共向世界销售了 174台。 其中安装在美国某公司的一台机和安装在日本大阪梅田中心的大阪煤气公司 2号机，累计运行时间相继突破了 4万小时。 从燃料电池的寿命和可靠性方面来看，累计运行时间 4万 h是燃料电池的长远目标。 东芝 ONSI已完成了正式商用机 PC25C型的开发，早已投放市场。 PC25C型作为 21世纪新能源先锋获得日本通商产业大奖。 从燃料电池商业化出发，该设备被评价为具有高先进性、可靠性以及优越的环境性设备。 它的制造成本是$3000/kW，近期将推出的商业化 PC25D 型设备成本会降至 $1500/kW，体积比 PC25C型减少1/4，质量仅为 14t。 明年即 20xx年，我国就将迎来第一座 PC25C型燃料电池电站， 它主要由日本的 MITI（ NEDO）资助的，这将是我国第一座燃料电池发电站。 PAFC作为一种中低温型（工作温度 180210℃ ）燃料电池，不但具有发电效率高、清洁、无噪音等特点，而且还可以热水形式回收大部分热量。 下表给出先进的 ONSI 公司 PC25C 型200kW PAFC的主要技术指标。 最初开发 PAFC是为了控制发电厂的峰谷用电平衡，近来则侧重于作为向公寓、购物中心、医院、宾馆等地方提供电和热的现场集中电力系统。 中国最大的管 理 资料下载中心 (收集 \整理 . 大量免费资源共享 ) 第 16 页 共 30 页 表 ONSI公司 PC25C型 PAFC主要技术指标 电力输出 发电效率 燃料 质量。