日本燃料電池開發的技術動向

www.mydingqi.com 來源：電池　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-6-17

1、開發現狀固體高分子燃料電池（PEFC）是在電解持中使用高分子膜的一種新型能源裝置，它可在較低溫度下動作后，啟動停止都容易實現。由于其輸出密度大，電池有可能做得比較小。現在家用或小規模業務用固體高分子燃料電池共生系統（PEFC-Co-gene）有望實現商品化。 2001年，日本燃料電池實用戰略研究報告中指出，到2010年，日本將研制5萬輛燃料電池汽車，固定式燃料電池發電量將達到210萬kW。對于家用燃料電池，日本政府有下列計劃項目。 ①固體高分子燃料電池系統實驗研究、固定式燃料電池實驗研究（經濟產業省METI、新能源財團NEF）。 ②固體高分子燃料電池系統化技術開發（經濟產業省、新能源產業技術綜合開發機構NEDO）。 ③固體高分子燃料電池關鍵技術開發（經濟產業省、新能源產業技術綜合開發機構）。 ④普及固定式固體高分子燃料電池系統的基礎設施（經濟產業省、新能源產業技術綜合開發機構）。 2、各企業開發的情況日本主要的PEFC-Co-gene開發企業有以下幾家： ①荏原巴拉得（日本與加拿大BGS合資公司）該公司主要從事實用小規模發電系統的開發，2000年開始生產家用1kW級PEFC-C-gene原型機，2001年生產出2號原型機，2003年開發出家用1kW級PEFC-C-gene準商用機1型。AC輸電效率為34%（低熱值），電源組件體積為2271。 ②三洋電機公司該公司以盡快將燃料電池商品化為目標，開發出裝有固體高分子燃料電池的家用1kW級PEFC-C-gene。 1999年，三洋將天然氣改性裝置、燃料電池和其他外圍設備組裝后，通過微機實現自動運轉。三洋展示了燃料電池的商品樣機，今后將研制發電效率更高的小型系統。在燃料改性裝置方面，三洋的樣機采用了大阪燃氣的高效改性器，電力轉換裝置則采用低損失開關元件，由于升壓比合適，轉換效率較高。AC輸電效率為32%（低熱值）、電源組件體積為2251。 ③東芝IFC公司該公司具有生產磷酸燃料電池的技術和經驗，他們針對PEFC的商品化進行了開發。2001年，在采用內部加濕型器的基礎上，通過變頻器和控制裝置的一體化，實現了系統的小型化，樣機體積為2101。2003年生產出AC輸電效率35%、額定輸出功率為700W的試驗樣機。另外，東芝IFC還與美國的UTCFC公司合作，共同開發了供美國和日本家庭使用的5kW級PEFC-Co-gene。 ④松下電器產業公司松下從1991年開始PEFC的開發，1995年以后加速開發家用共生產系統和電動車用系統，1999年建立燃料電池試驗室促進開發，2003年開發出AC輸電效率為35%的系統，并著手進行樣機商品化的試驗，產品預計2005年上市。 ⑤ 三菱(Mitsubishi)重工工業公司 2005年公司進行了實用化的評價試驗，并生產家庭用PEFC-C-gene的樣機。2003年6月，研制出采用集成配管技術的系統，試制樣機體積非常小（1801），AC輸電效率36%，2003年底生產了樣機。 ⑥新日本石油公司從1999年起，公司應用過去的技術儲備，開始研究將使用石油燃料的PEFC系統實用化。為此，他們開出使用粗汽油燃料的5kW級PEFC-Co-gene，2001年7月進行了在維護站實用環境下的實地試驗。此外，還開發了以LPG（液化石油汽）作燃料的1kW級PEFC-Co-gene，并于2002年4月進行了實地試驗。除了上述企業外，石川島播磨事工業、出光興產、豐田(TOYOTA)汽車、日立制作所、富士電機、松下電工、三菱(Mitsubishi)電機等企業也在開發PEFC-Co-gene。 3、燃氣行業的研發狀況日本城市燃氣行業和日本燃氣協會為了實現PEFC-Co-gene的實用化，也在進行多方面的研究。 ①東京燃氣公司該公司從1998年開始進行家用PEFC-Co-gene的開發，1999年6月在世界(Mondi)上最早公開了獨立開發的1kW級系統。該系統將燃料處理裝置和PEFC相結合，用城市燃氣作原料。目前，他們正在進行燃料處理技術和共生應用技術的開發，2004年將實現PEFC-Co-gene的實用化。在燃料處理技術方面，該公司主要進行小型高效家用PEFC燃料處理裝置的開發。2003年1月開發出了新型燃料處理器，該處理器重量很小（保溫材料由30kg降至17kg），部分負荷效率有所提高（30%輸出時，燃料處理效率由71%提高到76%）（高熱值下）。為了滿足不同家庭在不同季節的能量需求，其共生應用技術采用了最佳模式下的適量輸出控制技術。2002年3月以后，該公司還在兩處住宅進行了家用PEFC-Co-gene的實地試驗。 ②大阪燃氣公司他們的開發目標是到2005年將家用PEFC-Co-gene實現商品化。燃料電池開發中重要課題之一是天然氣改性技術，這就需要在現有改性工藝技術基礎上開發新的改性工藝，這包括消除CO的催化劑以及小型、高效、低成本的PEFC用天然氣改性裝置。此外，還應該能夠向PEFC的組裝廠提供這些技術。大阪燃氣公司與組裝廠一起試制了裝有天然氣改性裝置的0.5~1.0kW級的共生系統，系統可以在家中安裝。他們進行了運轉試驗，并對系統的性能、可靠性和耐久性進行評價，并探討了在實際環境中，系統的最佳運轉方法。 ③東邦燃氣公司 2001年3月，在本公司綜合技術研究所建造了燃料電池試驗住宅，根據家庭的各種生活模式，進行了PEFC-Co-gene的運轉試驗。他們在評價樣機的基本性能、環境性、可靠性和安全性的同時，也提出了將樣機實現商品化的想法，并將這種想法體現在實際開發中。為了有效利用PEFC的排熱，他們還開行業內較小的試驗樣機，同時將該機與燃料電池一起進行性能評價。 ④其它燃氣公司西部燃料公司2002年開出了“部分負荷高效運轉模式”，可以有效利用PEFC-Co-gene產生的電力。北海道燃氣公司，于2001-2003三年間，與北海道大學共同開發了家用1kW級PEFC-Co-gene，并進行了以下兩項研究： a 在積雪、寒冷環境的試驗住宅中，燃料電池運轉的優化； b 在試驗住宅中，對由地熱、太陽(solara)能等自然能源系統與固體高分子燃料電池共生系統組成的新系統進行優化。岐阜燃氣公司與日本政府部門共同在車部安裝5kW級固體高分子燃料電池，進行運轉試驗。 ⑤日本燃氣協會 1998年后，日本燃氣協會在新能源產業技術綜合開發機構NEDO的贊助下，開展“固體高分子燃料電池高效低成本運轉研究”。他們以PEFC組裝式1kW級系統的試制運轉為出發點，進行PEFC-Co-gene的導入和普及活動。 2000~2002年，與燃氣公司協作，推進家用PEFC-Co-gene的普及工作，開發了燃料電池高效輸出和排熱應用技術。在2000~2004五年間，計劃進行以下兩項工作： a 固定式PEFC的安全性、可靠性和有關性能的試驗和評價方法的研討與確認。 b 對國內外標準策劃情況、標準化資料與數據進行收集。 4、今后的課題 PEFC市場(Rialto)的導入與普及已經提上日程，企業方面的開發也需要加緊進行。今后的課題主要方向是在商品化、高效率、小型化、低成本、短期耐久性以及可靠性的驗證等方面。此外，當產品進入家庭時，其經濟性、節能性及環保性也很重要。目前，燃料電池的專家們正在研討對家用設備安全性的考核，同時也在制訂各種標準。專家們希望，當產品正式投放市場(Rialto)時，各種標準能夠完整齊備。