中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)氫能專業(yè)委員會(huì) 毛宗強(qiáng)

日本第六國(guó)際氫能與燃料電池展（FC EXPO 2010）于2010年 3月 3日至5日在日本東京國(guó)際展覽館成功舉辦。來自全球450多家氫能與燃料電池相關(guān)企業(yè)參展。每天觀眾近3萬人，據(jù)組委會(huì)會(huì)后發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，3天共80045人參觀了展覽。與第六國(guó)際氫能與燃料電池展同時(shí)展出的還有第三屆國(guó)際光伏、第一屆國(guó)際可充電電池展等5個(gè)展覽。

美國(guó)、加拿大、德國(guó)、法國(guó)和東道主日本等都組團(tuán)參加FC EXPO 2010。除日本外，德國(guó)展團(tuán)最大，由20余家德國(guó)企業(yè)組成。中國(guó)臺(tái)灣也派出由10家企業(yè)組成的展團(tuán)，集體參展。中國(guó)大陸沒有公司參展。

在本屆展覽會(huì)上，筆者發(fā)現(xiàn)了一些接近市場(chǎng)的燃料電池新產(chǎn)品，現(xiàn)將這些新產(chǎn)品介紹給讀者，希望引起關(guān)注。

1）完全不用金屬鉑的燃料電池

現(xiàn)在使用的質(zhì)子交換膜燃料電池必須用貴金屬鉑作催化劑，因此，有人估計(jì)，地球上有限的鉑資源將成為氫燃料電池汽車推廣的瓶頸?？茖W(xué)家早就知道堿性燃料電池可以不用貴金屬鉑作催化劑，而用銀、鎳催化劑就可以。早期的堿性燃料電池，雖然已用于太空，但由于大氣中CO2會(huì)使其液體電解質(zhì)中毒，故不適合用于汽車。

以色列的CellEra公司展出了1.5 kW的無貴金屬鉑催化劑的堿性膜燃料電池堆。電堆由19個(gè)單電池組成，氫氣作燃料，固體聚合物陰離子交換膜為電解質(zhì)，不需要任何液體堿電解質(zhì)，使用鈷和鎳作為電催化劑。因而成本很低，只有普通的燃料電池成本的三分之一。CellEra公司2008年成立，總部位于以色列。

FC EXPO 2010

以色列CellEra公司的無鉑的1.5千瓦聚合物電解質(zhì)膜燃料電池

日本展覽會(huì)上CellEra公司的無鉑的1.5千瓦聚合物電解質(zhì)膜燃料電池

2）更適合燃料電池汽車使用的高溫聚合物膜燃料電池（HTPEM）

用Serenergy公司高溫聚合物膜燃料電池堆做動(dòng)力的9座燃料電池車

現(xiàn)在氫燃料電池汽車使用質(zhì)子交換膜燃料電池，在使用過程中產(chǎn)生同樣的電能和熱能，因此，將其用作汽車動(dòng)力時(shí)，散熱的工作量很大。由于電解質(zhì)膜的限制，使其工作溫度為60～80℃，通常夏天環(huán)境溫度達(dá)40℃，這樣燃料電池與環(huán)境的溫差很小，使車用燃料電池散熱的難度更大。所以從汽車工程師角度出發(fā)，希望提高汽車用燃料電池的工作溫度，擴(kuò)大燃料電池和環(huán)境的溫差，簡(jiǎn)化汽車散熱器，降低汽車成本。人們研究高溫電解質(zhì)膜已經(jīng)多年。在本屆展覽會(huì)上，德國(guó)FUMA-TECH公司已經(jīng)展出批量生產(chǎn)的高溫膜和溶劑；BASF旗下公司展出高溫膜燃料電池的組件Celtec-MEA，丹麥的Serenergy公司則展示他們的高溫聚合物膜燃料電池堆。Serenergy公司于2006年在丹麥成立，主要技術(shù)來自丹麥奧爾堡大學(xué)能源技術(shù)研究所主要研究人員。目前HTPEM在工作溫度為100～180℃，推薦使用溫度為130～170℃。上圖為Serenergy公司高溫聚合物膜燃料電池堆做動(dòng)力的9座燃料電池車，在2009年底的哥本哈根會(huì)議期間展示過。

3）微型燃料的電池實(shí)用化

日本aquafairy公司是2006年成立的燃料電池公司，注冊(cè)資本約100萬美元，23名員工。公司主要生產(chǎn)微型燃料電池?，F(xiàn)有產(chǎn)品如下表所示。

日本 aquafairy公司主要微型燃料電池產(chǎn)品

日本aquafairy公司的幾款微型燃料電池，圖中日本的硬幣為參照物

公司聲稱2010年上半年出售商品。

4）直接乙醇燃料電池

為克服甲醇的毒性，工程師一直尋求用乙醇代替甲醇作燃料電池的燃料。因?yàn)橐掖嫉幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)比甲醇復(fù)雜，所以用乙醇作為燃料電池的燃料難度要大。NDC公司展出直接乙醇燃料電池（DEFC）。NDC公司聲稱采用了獨(dú)特的無鉑催化劑技術(shù)，生產(chǎn)成本比同類技術(shù)低10倍。雖然直接乙醇燃料電池性能與溫度有關(guān)，但是其性能還是相當(dāng)于或高于鉑催化劑的燃料電池系統(tǒng)。這種燃料電池的壽命測(cè)試已經(jīng)超過3000多小時(shí)，在40℃時(shí)的其衰減小于40μ V/h，壽命測(cè)試還在繼續(xù)進(jìn)行之中。

目前NDC公司的直接乙醇燃料電池的體積還是比較大，其20瓦燃料電池的尺寸為1.25毫米×115毫米×58毫米；重量1.1公斤；體積0.85升；額定功率21瓦（4.2伏×5安培）；操作電流1.0安到8.0安；操作電壓1.0伏到10.0伏；操作溫度-20℃到60℃；操作濕度0～100%；燃料為乙醇。

本次展覽會(huì)如同前幾次一樣，組織觀眾免費(fèi)試駕由奔馳、通用、豐田、本田提供的多輛燃料電池小轎車，體驗(yàn)氫燃料電池汽車的環(huán)保及“零碳”排放的駕駛樂趣。在日本的地鐵中，1千瓦級(jí)家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的廣告特別引人注目。日本政府于2009年5月開始給購(gòu)買這種家用燃料電池電站的家庭予以高額補(bǔ)助。這種燃料電池電站稱為“ENE·FARM”，由英文energy（能源）和farm（農(nóng)場(chǎng)）構(gòu)成。在日本國(guó)內(nèi)主要由煤氣公司及石油公司進(jìn)行家用燃料電池電站的商業(yè)銷售。2009年，ENE·FARM家用燃料電池電站價(jià)格為300萬日元（約23萬人民幣），即使扣掉政府提供的140萬日元補(bǔ)貼 (2009年度的最高補(bǔ)助額)，價(jià)格仍然較高。不過，據(jù)日本權(quán)威機(jī)構(gòu)（NEDO）的《日本燃料電池·氫技術(shù)路線圖 2008》 預(yù)測(cè)，到2015年，ENE·FARM燃料電池系統(tǒng)價(jià)格約為60萬日元。正式普及階段的價(jià)格則在40萬日元以下。根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省《長(zhǎng)期能源供需預(yù)測(cè)》的估算，到2030年之前，ENE·FARM家用燃料電池電站可望普及至250萬臺(tái)。當(dāng)然，要達(dá)到這一目標(biāo)，還需政府的支持以及能源公司、燃料電池公司共同合作，進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)研發(fā)。

日本aquafairy公司的微型燃料電池已經(jīng)用于玩具機(jī)器人

本次展覽感想頗多。首先是國(guó)際范圍的燃料電池商業(yè)化在扎扎實(shí)實(shí)地推進(jìn)中。如燃料電池汽車的試駕活動(dòng)和家用燃料電池電站的多媒體廣告等，相信，再過幾年，更多的人將會(huì)使用氫燃料電池產(chǎn)品。

其次，從展會(huì)可以看到氫燃料電池還沒有定型，還在發(fā)展之中。本次展會(huì)的高溫聚合物電解質(zhì)膜燃料電池已有樣機(jī)，微型燃料電池已用于機(jī)器人，不用貴金屬鉑的直接乙醇燃料電池也有樣機(jī)…，我們已經(jīng)看到這些新產(chǎn)品邁開商業(yè)化步伐。

再次，一批小的、新的企業(yè)不斷給市場(chǎng)帶來新產(chǎn)品，新技術(shù)和新的活力。如本文介紹的高溫聚合物膜燃料電池、堿性膜燃料電池、直接乙醇燃料電池等都出自小公司。其實(shí)，在氫燃料電池市場(chǎng)上，小公司也有大前途，關(guān)鍵你得有自己的技術(shù)。

第四，廠商參展熱情高，每屆都有400余家參展，其中有不少外國(guó)廠商。我國(guó)去年還有兩家公司參展，今年剃了光頭，沒有一家中國(guó)大陸廠商參展，而海峽對(duì)岸的中國(guó)臺(tái)灣也還有10余家參展。這里面深層次的原因值得我們思考。

我國(guó)正在編制“十二·五”規(guī)劃，政府應(yīng)繼續(xù)給予氫能和燃料電池以重要的地位，加大政策支持和經(jīng)費(fèi)投入，讓我國(guó)的氫能和燃料電池為減低我國(guó)單位GDP的碳指標(biāo)作出貢獻(xiàn)。(本文主要圖片由劉志祥拍攝)