燃料電池涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統和自動控制等理論，具有發電效率高、環境汙染小的優點。壹般來說，燃料電池具有以下特點:能量轉換效率高；它直接將燃料的化學能轉化為電能，不經過燃燒過程，所以不受卡諾循環的限制。燃料電池系統的燃料-電能轉換效率為45% ~ 60%，而火力發電和核電的效率約為30% ~ 40%。靈活的安裝位置；燃料電池電站占地面積小，建設周期短。電站的電力可以根據需要由電池組組裝，非常方便。燃料電池非常適合作為集中式電站或分布式電站，或者作為住宅區、工廠和大型建築中的獨立電站。負荷響應快，運行質量高；燃料電池可以在幾秒鐘內從最低功率變為額定功率。由於燃料電池可以直接將燃料的化學能轉化為電能，不像通常那樣改變鍋爐、汽輪機和發電機的能量形式，因此可以避免中間轉化的損失，實現較高的發電效率。同時具有如下特點:滿負荷或部分負荷下都能保持較高的發電效率；無論設備的尺寸如何，都可以保持高發電效率；具有很強的過載能力；通過與燃料供應裝置結合，可以應用廣泛的燃料；發電出力由電池組的出力和組數決定，機組容量自由度大；電池體具有良好的負載響應，用於電網調峰優於其他發電方式。當使用天然氣和煤氣作為燃料時，NOX和SOX的排放很少，並且環境相容性極好。這種由燃料電池組成的發電系統對電力工業有很大的吸引力。燃料電池的優點，在科技手段中，還沒有壹種發電技術能像燃料電池壹樣集諸多優點於壹身。能源安全。自從1970年代的石油危機以來，主要工業國家對石油的依賴壹直在增加，而且主要依賴石油出口國的供應。美國乘用車每天可消耗約600萬桶石油，占石油進口的85%。如果20%的車輛由燃料電池驅動，每天可以節省654.38+20萬桶油。國防安全。燃料電池發電設備具有分散的特點，可以使地區擺脫中心電站的輸配電結構。長距離高壓輸電網容易成為軍事行動的目標。燃料電池設備可以是集中式的，也可以是分散式的，這樣就降低了敵人想要癱瘓國家供電系統的風險。高可靠性電源。燃料電池可以建立在輸配電網上作為備用電源，也可以獨立於電網。在特殊場合，模塊化設置(串聯安裝幾個相同的電池系統以達到所需功率)可以提供極高的穩定性。燃料多樣性。在多種現代電池中，雖然氫仍是主要燃料，但裝有“燃料重整器”的電池系統可以從烴類或醇類燃料中提取氫加以利用。此外，垃圾填埋場和廢水處理廠厭氧微生物分解產生的沼氣也是燃料的主要來源。自然界中太陽能、風能等可再生能源提供的電力可以用來電解水產生氫氣，然後供給燃料電池。這樣，“水”也可以視為未轉化的燃料，可以實現完全零排放的能源系統。只要不斷給電池提供燃料，它就能不斷發電。效率高。因為燃料電池的原理是將化學能直接轉化為電能，而不是產生大量的廢氣和余熱，所以在使用烴類燃料的發電系統中，電能的轉化效率可以達到40 ~ 50%。直接使用氫氣的系統效率可超過50%；如果發電設施與燃氣輪機結合，整體效率可超過60%；如果回收電池排出的余熱，燃料能量利用率可超過85%。車用燃料電池的能量轉換率約為傳統內燃機的3倍，內燃機熱效率約為10~20%。環境親和力。科學家已經確定空氣汙染是心血管疾病、哮喘和癌癥的罪魁禍首之壹。最近的健康研究表明，城市地區被汙染的空氣和二手煙壹樣危害健康。燃料電池使用能量的方式比燃料發動機排放大量有害廢氣的方案好得多，其排放物大部分是水。雖然有些燃料電池也會排放二氧化碳，但其含量遠低於汽油(約1/6)。燃料電池發電設備產生65，438+0，000千瓦小時的電能，排放少於65，438+0盎司的汙染氣體；傳統的燃油發電機產生25磅的汙染物。因此，燃料電池不僅可以改善空氣汙染，還可以為人類未來帶來壹片潔凈的天空。設置靈活/用途廣泛。燃料電池的魅力在於其多樣的特性。除了前面提到的集中和分散的特點，它還具有可擴展性。使用黃色光刻技術可以制造小型化的燃料電池；模塊化堆配置可以將電源放大到期望的輸出功率。單個發電機產生的電壓約為0.7伏，剛好夠點亮壹盞燈。發電元件串聯連接以形成燃料電池堆，並且其電壓增加到0.7伏特乘以串聯連接的發電元件的數量。燃料電池的劣勢主要是價格和技術上的瓶頸，概括起來就是:燃料電池成本高:質子交換膜(300美元/m2)約占車用PEMFC成本的35%；鉑催化劑約占40%，兩者都是珍貴材料。反應/啟動性能:燃料電池的啟動速度沒有內燃機快。可以通過增加電極活性、操作溫度和反應控制參數來實現反應性，但是為了提高穩定性，必須避免副反應。反應性和穩定性往往是不可兼得的。碳氫燃料不能直接使用:除了甲醇，其他碳氫燃料都需要經過轉化器和壹氧化碳氧化器的處理，產生純氫，才能被現在的燃料電池使用。這些設備也增加了燃料電池系統的投資。儲氫技術:FCV的氫燃料主要是壓縮氫，所以車體承載能力有限，每次加註量只有2.5~3.5 kg左右，不足以滿足目前汽車單程能跑480~650公裏的續航能力。氫保持在-253℃的液氫系統雖然試驗成功，但存在重大缺陷:必須用約1/3的電能來維持貯箱的低溫以使氫保持液態，從縫隙中蒸發損失的氫約占總存量的5%。氫燃料基礎設施不足:雖然氫已經在工業上使用多年，具有經濟規模，但全球只有70個左右的氫充電站，仍然值得示範和推廣。另外，灌裝時間相當長，大概需要5分鐘，跟不上工商時代的步伐。
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