裴普成教授詳解燃料電池分類

燃料電池（資料圖）

3月4日下午，中關村儲能產業技術聯盟(CNESA)第12期儲能產業公益沙龍在中國科學院工程熱物理研究所舉行。會上，主講嘉賓清華大學汽車工程系裴普成教授就燃料電池技術及燃料電池應用問題與大家展開探討，並為大家講解了燃料電池的分類。

據裴普成教授介紹，燃料電池與蓄電池都是電化學裝置，不同的是蓄電池的能量載體儲存於電池內部，為二次使用需要對電池充電，而燃料電池的能量載體（即燃料）儲存於外部，只要提供燃料，就能連續不斷地發電。燃料電池的工作原理，是在電解質一側供給燃料，另一側供給空氣（氧氣），質子從電解質穿過，電子走外電路形成電流。其特徵是，有燃料從外部供應，有氧氣供應，通過電化學反應發電。全釩液流電池，反應物有流動供應特徵，但不是與氧發生電化學反應，所以不屬於燃料電池。

根據不同的分類方法，裴普成教授也做出了詳細的講解。

以電解質命名的燃料電池，有質子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、鹼性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和磷酸摻雜質子交換膜燃料電池（PBI-PEMFC）等。其中PBI-PEMFC是在質子交換膜基礎上通過磷酸改性的燃料電池，能夠把燃料電池的溫度升上去，並降低對鉑催化劑的需求。一方面降低了燃料電池成本，另一方面也大大提高了電池對一氧化碳的耐受力。

以燃料命名的燃料電池，有直接甲醇燃料電池（DMFC）和使用金屬作燃料的金屬空氣燃料電池（MAFC）。其中，直接甲醇燃料電池本質也是質子交換膜燃料電池。目前國際上比較熱門的金屬空氣燃料電池有鋰空燃料電池和鋅空燃料電池，一般多用鹼性電解質，屬於鹼性燃料電池。

講解完燃料電池分類後，針對不同電池的特點和在使用中的優劣勢，裴普成教授也分別做了詳細講解。

磷酸燃料電池的工作溫度一般為200度，PBI型的質子交換膜燃料電池及所謂高溫質子交換膜燃料電池，工作溫度一般在120到200度。這兩種燃料電池有很多相似之處，對CO耐受力強，但使用不當有析出磷酸的可能。

熔融碳酸鹽燃料電池的工作溫度高，這意味著它不能像一般的質子交換膜燃料電池一樣裝在車上，只能作為固定電源。但同時，做固定電源不受空間限制，可以把電池功率做得比較大。

固體氧化物燃料電池工作溫度也非常高，600至800度，隨著近幾年技術的發展，目前可以降到大約400度。

熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池，因為工作溫度都比較高，如果用在車上的話汽車的啟動會很麻煩，需要時間長，啟停循環壽命短，因此更多地用於固定電源場合。

直接甲醇燃料電池可以用於手機、電腦上，特別適合軍用。

雖然鹼性燃料電池早就已經發明，工作溫度最高80度，上世紀六十年代美國UTC公司曾為阿波羅登月計劃提供這種燃料電池，但是汽車行業對這種電池並不感興趣，一方面是因為功率密度低，另一方面是這種電池怕二氧化碳，因此在車上使用不方便。質子交換膜燃料電池的出現解決了這些問題。與其他電池相比，質子交換膜燃料電池的功率密度有明顯優勢，同時，工作溫度低、容易啟動的優點也令汽車行業對它更感興趣。

總體來看，燃料電池對市場比較有吸引力的，一個是質子交換膜燃料電池，一個是金屬空氣燃料電池。金屬空氣燃料電池成本低。