燃料電池的應(yīng)用

特種上的應(yīng)用

特種應(yīng)用應(yīng)該是燃料電池最主要，也是最適合的市場。高效，多面性，使用時間長，以及寧靜的工作，這些特點極適合于特種工作對電力的需要。燃料電池可以以多種形態(tài)為絕大多數(shù)特種裝置，從戰(zhàn)場上的移動手提裝備到海陸運輸提供動力。

在特種上，微型燃料電池要比普通的固體電池具有更大的優(yōu)越性，其增長的使用時間就意味著在戰(zhàn)場上勿需麻煩的備品供應(yīng)。此外，對于燃料電池而言，添加燃料也是輕而易舉的事情。

同樣，燃料電池的運輸效能能極大地減少活動過程中所需的燃料用量，在進(jìn)行下一次加油之前，車輛可以行駛得更遠(yuǎn)，或在遙遠(yuǎn)的地區(qū)活動更長的時間。這樣，戰(zhàn)地所需的支持車輛、人員和裝備的數(shù)量便可以顯著的減少。自20世紀(jì)80年代以來，美國海軍就使用燃料電池為其深海探索的船只和無人特種提供動力。

移動裝置上的應(yīng)用

伴隨燃料電池的日益發(fā)展，它們正成為不斷增加的移動電器的主要能源。微型燃料電池因其具有使用壽命長，重量輕和充電方便等優(yōu)點，比常規(guī)電池具有得天獨厚的優(yōu)勢。

如果要使燃料電池能在膝上型電腦，移動電話和攝錄影機(jī)等設(shè)備中應(yīng)用，其工作溫度，燃料的可用性，以及快速激活將成為人們考慮的主要參數(shù)，目前大多數(shù)研究工作均集中在對低溫質(zhì)子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池的改進(jìn)。正如其名稱所示，這些燃料電池以直接提供的甲醇-水混合物為基礎(chǔ)工作，不需要預(yù)先重整。

使用甲醇，直接甲醇燃料電池要比固體電池具有極大的優(yōu)越性。其充電僅僅涉及重新添加液體燃料，不需要長時間地將電源插頭插在外部的供電電源上。當(dāng)前，這種燃料電池的缺點是用來在低溫下生成氫所需的白金催化劑的成本比較昂貴，其電力密度較低。如果這二個問題能夠解決，應(yīng)該說沒有什麼問題能阻擋它們的廣泛應(yīng)用了。目前，美國正在試驗以直接甲醇燃料電池為動力的移動電話，而德國則在實驗以這種能源為動力的膝上型電腦。

居民家庭的應(yīng)用

對于固定應(yīng)用而言，設(shè)計燃料電池的技術(shù)困難就簡化得多了。盡管許多燃料電池能生產(chǎn)50kW的電能，但絕大部分商業(yè)化的燃料電池目前都是用于固定的。現(xiàn)在，許多跡象表明，燃料電池也可用語人們稱做的居民應(yīng)用（大都小于50kW）。

低溫質(zhì)子交換膜燃料電池或磷酸燃料電池幾乎可以滿足私人居戶和小型企業(yè)的所有熱電需求。目前，這些燃料電池還不能供小型的應(yīng)用，美國，日本和德國僅有少量的家庭用質(zhì)子交換膜燃料電池提供能源。質(zhì)子交換膜燃料電池的能源密度比磷酸燃料電池大，然而后者的效率比前者高，且目前的生產(chǎn)成本也比前者便宜。這些燃料電池應(yīng)該能夠為單個私人居戶或幾家居戶提供能源，通過設(shè)計可以滿足居民對能源的所有要求，或者是他們的基本負(fù)載，高峰時的需求由電力網(wǎng)提供。

為了有利于該技術(shù)的應(yīng)用，可以用天然氣銷售網(wǎng)作為氫燃料源。當(dāng)前，許多生產(chǎn)商預(yù)測在不久的將來便會出現(xiàn)其它燃料源泉，這有助于進(jìn)一步降低排放，加速燃料電池進(jìn)入新的理想市場。新近進(jìn)入固定燃料電池市場的廠家是汽車大亨GeneralMotors，她于2001年8月成功地開發(fā)了一種產(chǎn)品。

空間領(lǐng)域的應(yīng)用

在20世紀(jì)50年代后期和60年代初期，美國政府為了替其載人航天飛行尋找安全可靠的能源，對燃料電池的研究給于了極大的關(guān)心和資助，使燃料電池取得了長足的進(jìn)步。

重量輕，供電供熱可靠，噪聲輕，無震動，并能生產(chǎn)飲用水，所有這些優(yōu)點均是其它能源不可比擬的。

GeneralElectric生產(chǎn)的Grubb-Niedrach燃料電池是NASA用來為其Gemini航天項目提供動力的第一個燃料電池，也是第一次商業(yè)化使用燃料電池。

從20世紀(jì)60年代起，飛機(jī)制造商pratt&Whitney贏得了為阿波羅項目提供燃料電池的合同。pratt&Whitney生產(chǎn)的燃料電池是基于對Bacon專利的堿性燃料電池的改進(jìn)，這種低溫燃料電池是最有效的燃料電池。在阿波羅飛船中，三組電池可產(chǎn)生1.5kW或2.2kW電力，并行工作，可供飛船短期飛行。每組電池重約114kg，裝填有低溫氫和氧。在18次飛行中，這種電池共工作10，000小時，未發(fā)生一次飛行故障。

在20世紀(jì)80年代航天飛機(jī)開始飛行時，pratt&Whitney的姊妹公司國際燃料電池公司繼續(xù)為NASA提供航天飛機(jī)使用的堿性燃料電池。飛船上所有的電力需求由3組12kW的燃料電池存儲器提供，勿需備用電池。國際燃料電池公司技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展使每個飛船上使用的燃料電池存儲器能提供約等于阿波羅飛船上同體積的燃料電池十倍的電力。以低溫氫和氧為燃料，這種電池的效率為70%左右，在截至現(xiàn)在的100多次飛行中，這種電池共工作了80，000多個小時。

固定的應(yīng)用

目前，燃料電池開發(fā)得最完善的市場要數(shù)熱電的固定提供源市場。與傳統(tǒng)的礦物燃料相比，燃料電池的高效和低排放量使其對用戶具有極大的吸引力。此外，燃料電池技術(shù)的獨立性對于那些國家電網(wǎng)不能覆蓋，或國家電網(wǎng)不夠穩(wěn)定而需要備用電力設(shè)備的地區(qū)而言，這種能源具有特殊的意義。鑒于這種電池的工作溫度可低達(dá)80℃，它們可安裝在私人家庭，小型的商業(yè)活動場所，甚至滿足大型企業(yè)活動的所有能源需求。

截至目前為止，可以說現(xiàn)在的燃料電池生產(chǎn)商的注意力均集中于非居民的應(yīng)用。當(dāng)前唯一提供商業(yè)化燃料電池的國際燃料電池公司已在學(xué)校、辦公室和銀行設(shè)施安裝了200多個磷酸燃料電池裝置。在不久的將來，諸如溶化的碳酸鹽燃料電池和固態(tài)氧化物燃料電池等高溫燃料電池也將用于大型的工業(yè)設(shè)施和兆瓦級的發(fā)電廠。當(dāng)工作溫度上升到600-1100℃時，這種高溫燃料電池可以耐受氫污染源，因此可以使用未加重整的天然氣，柴油，或汽油。此外，它們所產(chǎn)生的熱能還可用來驅(qū)動增器蒸氣氣輪機(jī)再進(jìn)行發(fā)電。

運輸上的應(yīng)用

當(dāng)前，以內(nèi)燃機(jī)提供動力的汽車已成為有害氣體排放的主要排放源。在世界各地，國家和地方機(jī)構(gòu)都在立法強(qiáng)迫汽車制造商生產(chǎn)能極大限度地降低排放的車輛，燃料電池可為這種要求帶來實質(zhì)的機(jī)遇。位于Alberta的pembina適當(dāng)設(shè)計研究所指出：當(dāng)一輛小車使用以天然氣重整的氫為燃料的燃料電池而不用汽油內(nèi)燃機(jī)時，其二氧化碳的排放量可以減少高達(dá)72%。然而，如果用燃料電池代替內(nèi)燃機(jī)，燃料電池技術(shù)不僅要符合立法對車輛排放的嚴(yán)格要求，還要能對終端用戶提供同樣方便靈活的運輸解決方案。驅(qū)動車輛的燃料電池必須能迅速地達(dá)到工作溫度，具有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢，并能提供穩(wěn)定的性能。

應(yīng)該說質(zhì)子交換膜燃料電池最有條件滿足這些要求，其工作溫度交低，80℃左右，它們能很快地達(dá)到所需的溫度。由于能迅速地適應(yīng)各種不同的需求，與內(nèi)燃機(jī)的效率25%左右相比，它們的效率可高達(dá)60%。pembina研究所近來的研究表明，以甲醇為燃料的燃料電池，其燃料利用率是用汽油內(nèi)燃機(jī)提供動力的車輛的1.76倍。在現(xiàn)有的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池的電力密度最大。當(dāng)人們在車輛設(shè)計中重點考慮空間最大化時，這一因素則至關(guān)重要。另外，固態(tài)聚合物電解質(zhì)能有助于減少潛在的腐蝕和安全管理問題。唯一的潛在問題是燃料的質(zhì)量，為了避免在如此低溫催化劑受到污染，質(zhì)子交換膜燃料電池必須使用沒污染的氫燃料。

現(xiàn)在，大多數(shù)車輛生產(chǎn)商視質(zhì)子交換膜燃料電池為內(nèi)燃機(jī)的后繼者，GeneralMotors,Ford,DaimlerChrysler,Toyota,Honda，以及其他許多公司都已生產(chǎn)出使用該技術(shù)的原型。在這一進(jìn)程中，運用不同車輛和使用不同地區(qū)的試驗進(jìn)展順利，用質(zhì)子交換膜燃料電池為公共汽車提供動力的試驗已在溫哥華和芝加哥取得成功。德國的城市也進(jìn)行了類似的試驗，明后二年（2002-2003），還有另外十個歐洲城市也將在公共汽車上進(jìn)行試驗，倫敦和加利福尼亞也將計劃在小型車輛上進(jìn)行試驗。

在生產(chǎn)商能夠有效地，大規(guī)模地生產(chǎn)質(zhì)子交換膜燃料電池之前，需要解決的主要問題包括生產(chǎn)成本，燃料質(zhì)量，以及電池的體積。但愿技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大生產(chǎn)的共同作用將會運用經(jīng)濟(jì)的規(guī)模性而降低生產(chǎn)成本。目前，人們也在對直接使用甲醇為燃料和從環(huán)境空氣中取得氧的另一解決方案進(jìn)行研究，它也可以避免燃料的重整過程。