日本燃料電池開發(fā)的技術(shù)動向

www.guilinhy.com 來源：電池　　　電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-6-17

1、開發(fā)現(xiàn)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(xiàn)。由于其輸出密度大，電池有可能做得比較小。現(xiàn)在家用或小規(guī)模業(yè)務(wù)用固體高分子燃料電池共生系統(tǒng)（PEFC-Co-gene）有望實現(xiàn)商品化。 2001年，日本燃料電池實用戰(zhàn)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(fā)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(tǒng)實驗研究、固定式燃料電池實驗研究（經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省METI、新能源財團NEF）。 ②固體高分子燃料電池系統(tǒng)化技術(shù)開發(fā)（經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省、新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)NEDO）。 ③固體高分子燃料電池關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)（經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省、新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)）。 ④普及固定式固體高分子燃料電池系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施（經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省、新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)）。 2、各企業(yè)開發(fā)的情況日本主要的PEFC-Co-gene開發(fā)企業(yè)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(guī)模發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)，2000年開始生產(chǎn)家用1kW級PEFC-C-gene原型機，2001年生產(chǎn)出2號原型機，2003年開發(fā)出家用1kW級PEFC-C-gene準(zhǔn)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(biāo)，開發(fā)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(shè)備組裝后，通過微機實現(xiàn)自動運轉(zhuǎn)。三洋展示了燃料電池的商品樣機，今后將研制發(fā)電效率更高的小型系統(tǒng)。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(zhuǎn)換裝置則采用低損失開關(guān)元件，由于升壓比合適，轉(zhuǎn)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(chǎn)磷酸燃料電池的技術(shù)和經(jīng)驗，他們針對PEFC的商品化進行了開發(fā)。2001年，在采用內(nèi)部加濕型器的基礎(chǔ)上，通過變頻器和控制裝置的一體化，實現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化，樣機體積為2101。2003年生產(chǎn)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(fā)了供美國和日本家庭使用的5kW級PEFC-Co-gene。 ④松下電器產(chǎn)業(yè)公司松下從1991年開始PEFC的開發(fā)，1995年以后加速開發(fā)家用共生產(chǎn)系統(tǒng)和電動車用系統(tǒng)，1999年建立燃料電池試驗室促進開發(fā)，2003年開發(fā)出AC輸電效率為35%的系統(tǒng)，并著手進行樣機商品化的試驗，產(chǎn)品預(yù)計2005年上市。 ⑤ 三菱(Mitsubishi)重工工業(yè)公司 2005年公司進行了實用化的評價試驗，并生產(chǎn)家庭用PEFC-C-gene的樣機。2003年6月，研制出采用集成配管技術(shù)的系統(tǒng)，試制樣機體積非常小（1801），AC輸電效率36%，2003年底生產(chǎn)了樣機。 ⑥新日本石油公司從1999年起，公司應(yīng)用過去的技術(shù)儲備，開始研究將使用石油燃料的PEFC系統(tǒng)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(huán)境下的實地試驗。此外，還開發(fā)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(yè)外，石川島播磨事工業(yè)、出光興產(chǎn)、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(yè)也在開發(fā)PEFC-Co-gene。 3、燃氣行業(yè)的研發(fā)狀況日本城市燃氣行業(yè)和日本燃氣協(xié)會為了實現(xiàn)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(fā)，1999年6月在世界(Mondi)上最早公開了獨立開發(fā)的1kW級系統(tǒng)。該系統(tǒng)將燃料處理裝置和PEFC相結(jié)合，用城市燃氣作原料。目前，他們正在進行燃料處理技術(shù)和共生應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，2004年將實現(xiàn)PEFC-Co-gene的實用化。在燃料處理技術(shù)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(fā)。2003年1月開發(fā)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(jié)的能量需求，其共生應(yīng)用技術(shù)采用了最佳模式下的適量輸出控制技術(shù)。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(fā)目標(biāo)是到2005年將家用PEFC-Co-gene實現(xiàn)商品化。燃料電池開發(fā)中重要課題之一是天然氣改性技術(shù)，這就需要在現(xiàn)有改性工藝技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)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(yīng)該能夠向PEFC的組裝廠提供這些技術(shù)。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(tǒng)，系統(tǒng)可以在家中安裝。他們進行了運轉(zhuǎn)試驗，并對系統(tǒng)的性能、可靠性和耐久性進行評價，并探討了在實際環(huán)境中，系統(tǒng)的最佳運轉(zhuǎn)方法。 ③東邦燃氣公司 2001年3月，在本公司綜合技術(shù)研究所建造了燃料電池試驗住宅，根據(jù)家庭的各種生活模式，進行了PEFC-Co-gene的運轉(zhuǎn)試驗。他們在評價樣機的基本性能、環(huán)境性、可靠性和安全性的同時，也提出了將樣機實現(xiàn)商品化的想法，并將這種想法體現(xiàn)在實際開發(fā)中。為了有效利用PEFC的排熱，他們還開行業(yè)內(nèi)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(zhuǎn)模式”，可以有效利用PEFC-Co-gene產(chǎn)生的電力。北海道燃氣公司，于2001-2003三年間，與北海道大學(xué)共同開發(fā)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(huán)境的試驗住宅中，燃料電池運轉(zhuǎn)的優(yōu)化； b 在試驗住宅中，對由地?zé)帷⑻?solara)能等自然能源系統(tǒng)與固體高分子燃料電池共生系統(tǒng)組成的新系統(tǒng)進行優(yōu)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(zhuǎn)試驗。 ⑤日本燃氣協(xié)會 1998年后，日本燃氣協(xié)會在新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)NEDO的贊助下，開展“固體高分子燃料電池高效低成本運轉(zhuǎn)研究”。他們以PEFC組裝式1kW級系統(tǒng)的試制運轉(zhuǎn)為出發(fā)點，進行PEFC-Co-gene的導(dǎo)入和普及活動。 2000~2002年，與燃氣公司協(xié)作，推進家用PEFC-Co-gene的普及工作，開發(fā)了燃料電池高效輸出和排熱應(yīng)用技術(shù)。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(guān)性能的試驗和評價方法的研討與確認。 b 對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)策劃情況、標(biāo)準(zhǔn)化資料與數(shù)據(jù)進行收集。 4、今后的課題 PEFC市場(Rialto)的導(dǎo)入與普及已經(jīng)提上日程，企業(yè)方面的開發(fā)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(dāng)產(chǎn)品進入家庭時，其經(jīng)濟性、節(jié)能性及環(huán)保性也很重要。目前，燃料電池的專家們正在研討對家用設(shè)備安全性的考核，同時也在制訂各種標(biāo)準(zhǔn)。專家們希望，當(dāng)產(chǎn)品正式投放市場(Rialto)時，各種標(biāo)準(zhǔn)能夠完整齊備。