燃料電池有什么優(yōu)點？又該如何實現(xiàn)商業(yè)化？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-21 11:40
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大多數(shù)現(xiàn)有的燃料電池（FC）是不能充電的1次電池。然而，它可以從外部填充燃料氫氣，因此又不能說是一次性的。
實際上從原理上來看的話，燃料電池是可能實現(xiàn)2次電池化的，特別是發(fā)電或者說放電時使用的固體高分子型燃料電池（PEFC），與水電解即充電時使用的PEM型水電解裝置在電極以及電池結構上幾乎是相同的，化學反應也剛好相反。不同的是催化劑材料的最佳選擇及其用量。
東芝的自持式能源供應系統(tǒng)“H2One”，就是將PEFC和PEM型水電解槽，儲氫系統(tǒng)等集中在一個容器中。從某種意義上說，整個容器即具備像二次可充電電池一樣的機能。
研究人員對“發(fā)電機”情有獨鐘
如果將燃料電池實現(xiàn)2次電池化，那名稱應稱為“氫-空氣二次電池”。是與鋅（Zn）-空氣電池或鋰（Li）-空氣電池等具有類似反應體系的一種電池，雖然技術上可能不容易實現(xiàn)，但在研發(fā)2次電池的眾多研發(fā)團隊或人員中，進行以燃料電池的2次電池化為研究目標的研究人員少的不可思議。
其中一個原因是許多開發(fā)FC燃料電池的研究人員認為FC就像是“發(fā)電機”一樣的存在而并不是像其他電池一樣的“電化學電池”。如果是發(fā)電機的話，燃料從外部放入，與通過外部電源再充電并重復使用完全不是一回事。一些FC研究人員認為，他們不能理解將這樣的FC電池二次電池化的優(yōu)勢何在。
有企業(yè)進行了十年以上的開發(fā)
盡管研究人員很少，但也不是說沒有。例如日本高砂熱工業(yè)和產(chǎn)業(yè)技術研究所就是目前正在開發(fā)可逆FC的公司/研究機構的其中之一，研究人員一般稱二次電池型FC為“可逆FC”，“可逆電池”等。這是因為通過充電進行水分解，由氫和氧放電（發(fā)電）所產(chǎn)生的水可逆地返回成氫和氧。高砂熱工在2000年中期開始開發(fā)，目前據(jù)說研發(fā)仍在持續(xù)進行。該公司試制的原型可逆電池在日本國家先進工業(yè)科學與技術研究所福島可再生能源研究中心被使用中（圖A-1）。
（a）當光伏發(fā)電過剩時，將電力轉(zhuǎn)換為氫氣
（b）太陽能發(fā)電和儲氫合金設備（（a）除外）
圖A-1相同的燃料電池既用于發(fā)電又用于水分解
在福島可再生能源研究中心運行的水電解燃料電池集成型電池及其外圍系統(tǒng)（a）。當太陽能發(fā)電對于電力系統(tǒng)出現(xiàn)過剩時，從電網(wǎng)互連切換到水電解產(chǎn)生氫氣并將其存儲在罐中。另一方面，當電力系統(tǒng)的電力趨于不足時，儲存的氫氣用于燃料電池中以發(fā)電并連接到系統(tǒng)。此外還獨立進行了儲氫合金的研究（b）。使用時的問題之一是切換水電解和燃料電池模式需要花費大約10~30分鐘，時間較長。
而之所以開發(fā)這一系統(tǒng)的原因是因為通過在一個電池中切換發(fā)電和水電解，與同時設置FC電池和水電解裝置相比，既節(jié)省了空間又降低了設備成本。具體地，當日照條件良好并且光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力對電力系統(tǒng)過剩時，可逆電池通過使用電力用作水電解裝置。產(chǎn)生的氫存儲在儲氫合金罐等中。據(jù)說2019年1月底，在東京開始用于充填FCV汽車的氫氣就是這樣生產(chǎn)的。
另一方面，當電力系統(tǒng)的電力趨于不足時，可逆電池又可用作FC并且使用所存儲的氫產(chǎn)生電力。以這種方式進行功能切換看起來是非常合理的。除了電池，像冷氣和暖氣通過1臺空調(diào)，在不同時段進行切換運作是一樣的原理。
相反，即使這些設備被分成兩個設備，同時使用這些功能的場景也是很難想象的，因為一邊使用電力一邊用于發(fā)電，損失會很大。換句話說，可逆電池就像是頻率濾波器一樣可用于平衡電力系統(tǒng)的輸出波動。
實際上從原理上來看的話，燃料電池是可能實現(xiàn)2次電池化的，特別是發(fā)電或者說放電時使用的固體高分子型燃料電池（PEFC），與水電解即充電時使用的PEM型水電解裝置在電極以及電池結構上幾乎是相同的，化學反應也剛好相反。不同的是催化劑材料的最佳選擇及其用量。
東芝的自持式能源供應系統(tǒng)“H2One”，就是將PEFC和PEM型水電解槽，儲氫系統(tǒng)等集中在一個容器中。從某種意義上說，整個容器即具備像二次可充電電池一樣的機能。
研究人員對“發(fā)電機”情有獨鐘
如果將燃料電池實現(xiàn)2次電池化，那名稱應稱為“氫-空氣二次電池”。是與鋅（Zn）-空氣電池或鋰（Li）-空氣電池等具有類似反應體系的一種電池，雖然技術上可能不容易實現(xiàn)，但在研發(fā)2次電池的眾多研發(fā)團隊或人員中，進行以燃料電池的2次電池化為研究目標的研究人員少的不可思議。
其中一個原因是許多開發(fā)FC燃料電池的研究人員認為FC就像是“發(fā)電機”一樣的存在而并不是像其他電池一樣的“電化學電池”。如果是發(fā)電機的話，燃料從外部放入，與通過外部電源再充電并重復使用完全不是一回事。一些FC研究人員認為，他們不能理解將這樣的FC電池二次電池化的優(yōu)勢何在。
有企業(yè)進行了十年以上的開發(fā)
盡管研究人員很少，但也不是說沒有。例如日本高砂熱工業(yè)和產(chǎn)業(yè)技術研究所就是目前正在開發(fā)可逆FC的公司/研究機構的其中之一，研究人員一般稱二次電池型FC為“可逆FC”，“可逆電池”等。這是因為通過充電進行水分解，由氫和氧放電（發(fā)電）所產(chǎn)生的水可逆地返回成氫和氧。高砂熱工在2000年中期開始開發(fā)，目前據(jù)說研發(fā)仍在持續(xù)進行。該公司試制的原型可逆電池在日本國家先進工業(yè)科學與技術研究所福島可再生能源研究中心被使用中（圖A-1）。
（a）當光伏發(fā)電過剩時，將電力轉(zhuǎn)換為氫氣
（b）太陽能發(fā)電和儲氫合金設備（（a）除外）
圖A-1相同的燃料電池既用于發(fā)電又用于水分解
在福島可再生能源研究中心運行的水電解燃料電池集成型電池及其外圍系統(tǒng)（a）。當太陽能發(fā)電對于電力系統(tǒng)出現(xiàn)過剩時，從電網(wǎng)互連切換到水電解產(chǎn)生氫氣并將其存儲在罐中。另一方面，當電力系統(tǒng)的電力趨于不足時，儲存的氫氣用于燃料電池中以發(fā)電并連接到系統(tǒng)。此外還獨立進行了儲氫合金的研究（b）。使用時的問題之一是切換水電解和燃料電池模式需要花費大約10~30分鐘，時間較長。
而之所以開發(fā)這一系統(tǒng)的原因是因為通過在一個電池中切換發(fā)電和水電解，與同時設置FC電池和水電解裝置相比，既節(jié)省了空間又降低了設備成本。具體地，當日照條件良好并且光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力對電力系統(tǒng)過剩時，可逆電池通過使用電力用作水電解裝置。產(chǎn)生的氫存儲在儲氫合金罐等中。據(jù)說2019年1月底，在東京開始用于充填FCV汽車的氫氣就是這樣生產(chǎn)的。
另一方面，當電力系統(tǒng)的電力趨于不足時，可逆電池又可用作FC并且使用所存儲的氫產(chǎn)生電力。以這種方式進行功能切換看起來是非常合理的。除了電池，像冷氣和暖氣通過1臺空調(diào)，在不同時段進行切換運作是一樣的原理。
相反，即使這些設備被分成兩個設備，同時使用這些功能的場景也是很難想象的，因為一邊使用電力一邊用于發(fā)電，損失會很大。換句話說，可逆電池就像是頻率濾波器一樣可用于平衡電力系統(tǒng)的輸出波動。
