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近幾年我國(guó)燃料電池的研究開(kāi)發(fā)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，特別在質(zhì)子交換膜燃料電池方面，達(dá)到或接近了世界水平；在熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池技術(shù)等方面也取得一些進(jìn)展。但在總體上，我國(guó)燃料電池仍處于科研階段，與國(guó)外相比，水平較低。發(fā)達(dá)國(guó)家都已將大型燃料電池的開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，并取得了許多重要成果，各等級(jí)的燃料電池發(fā)電廠相繼建成，即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)而廣泛應(yīng)用于發(fā)電及汽車(chē)動(dòng)力。我國(guó)應(yīng)集中研究力量，加大投入，大力推動(dòng)燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作。

燃料電池是一種不經(jīng)過(guò)燃燒而以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，可以用天然氣、石油液化氣、煤氣等作為燃料。也是煤炭潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。按電解質(zhì)種類(lèi)可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、再生氫氧燃料電池(RFC)、直接醇類(lèi)燃料電池（DMFC），還有如新型儲(chǔ)能電池、固體聚合物型電池等。

氫和氧氣是燃料電池常用的燃料氣和氧化劑。此外，CO等一些氣體也可作為MCFC與SOFC的燃料。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展看，高溫型MCFC和SOFC系統(tǒng)是利用煤炭資源進(jìn)行高效、清潔發(fā)電的有效途徑。我國(guó)豐富的煤炭資源是燃料電池所需燃料的巨大來(lái)源。

燃料電池具有高效率、無(wú)污染、建設(shè)周期短、易維護(hù)以及成本低的誘人特點(diǎn)，它不僅是汽車(chē)最有前途的替代清潔能源，還能廣泛用于航天飛機(jī)、潛艇、水下機(jī)器人、通訊系統(tǒng)、中小規(guī)模電站、家用電源，又非常適合提供移動(dòng)、分散電源和接近終端用戶的電力供給，還能解決電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題。隨著燃料電池的商業(yè)化推廣，市場(chǎng)前景十分廣闊。人們預(yù)測(cè)，燃料電池將成為繼火電、水電、核電后的第四電方式[1]，它將引發(fā)21世紀(jì)新能源與環(huán)保的綠色革命。

1，中國(guó)燃料電池技術(shù)的進(jìn)展

“燃料電池技術(shù)”是我國(guó)“九五”期間的重大發(fā)展項(xiàng)目，目標(biāo)是，利用我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，從高起點(diǎn)做起，加強(qiáng)創(chuàng)新；在“九五”期間，使我國(guó)燃料電池的技術(shù)發(fā)展接近國(guó)際水平。內(nèi)容包括“質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)”、“熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)”及“固體氧化物燃料電池技術(shù)”三大項(xiàng)目[2]，其中，用于電動(dòng)汽車(chē)的“5kW質(zhì)子交換膜燃料電池”列為開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。此項(xiàng)任務(wù)由中國(guó)科學(xué)院及部門(mén)所屬若干研究所承擔(dān)。所定目標(biāo)業(yè)已全部實(shí)現(xiàn)。

在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）方面，我國(guó)研究開(kāi)發(fā)的這類(lèi)電池已經(jīng)達(dá)到可以裝車(chē)的技術(shù)水平，可以與世界發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)，而且在市場(chǎng)份額上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我國(guó)自把質(zhì)子交換膜燃料電池列為"九五"科技攻關(guān)計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目以后，以大連化學(xué)物理研究所為牽頭單位，在全國(guó)范圍內(nèi)全面開(kāi)展了質(zhì)子交換膜燃料電池的電池材料與電池系統(tǒng)的研究，取得了很大進(jìn)展，相繼組裝了多臺(tái)百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW電池組與電池系統(tǒng)。5kW電池組包括內(nèi)增濕部分,其重量比功率為100W/kg，體積比功率為300W/L。質(zhì)子交換膜燃料電池自行車(chē)已研制成功，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出200瓦電動(dòng)自行車(chē)用燃料電池系統(tǒng)。百瓦級(jí)移動(dòng)動(dòng)力源和5kW移動(dòng)通訊機(jī)站動(dòng)力源也已開(kāi)發(fā)成功。千瓦級(jí)電池系統(tǒng)作為動(dòng)力源，已成功地進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。由6臺(tái)5kW電池組構(gòu)成的30kW電池系統(tǒng)已成功地用作中國(guó)首臺(tái)燃料電池輕型客車(chē)動(dòng)力源。裝車(chē)電池最大輸出功率達(dá)46千瓦。目前該車(chē)最高時(shí)速達(dá)60.6km/h，為燃料電池電動(dòng)汽車(chē)以及混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。該電池堆整體性能相當(dāng)于奔馳、福特與加拿大巴拉德公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的MK7質(zhì)子交換膜燃料電池電動(dòng)車(chē)的水平[3]。我國(guó)目前正在進(jìn)行大功率質(zhì)子交換膜燃料電池組的開(kāi)發(fā)和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集成的研究。

在熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）方面，我國(guó)已經(jīng)研制出α和γ型偏鋁酸鋰粗、細(xì)粉料，制備出大面積（大于0.2m2）的電池隔膜，預(yù)測(cè)隔膜壽命超過(guò)3萬(wàn)小時(shí)。在進(jìn)行材料部件研究的基礎(chǔ)上，成功組裝和運(yùn)行了千瓦級(jí)電池組。

在固體氧化物燃料電池（SOFC）技術(shù)方面，已經(jīng)制備出厚度為5-10μm的負(fù)載型致密YSZ電解質(zhì)薄膜，研制出一種能用作中溫SOFC連接體的Ni基不銹鋼材料。負(fù)載型YSZ薄膜基中溫SOFC單體電池的最大輸出功率密度達(dá)到0.4W/cm2,負(fù)載型LSGM薄膜基中溫SOFC單體電池的最大輸出功率密度達(dá)到0.8W/cm2。這些技術(shù)創(chuàng)新為研制千瓦級(jí)、十千瓦級(jí)中溫固體氧化物燃料電池發(fā)電技術(shù)的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

國(guó)外燃料電池技術(shù)發(fā)展迅猛

燃料電池是新世紀(jì)最有前途的清潔能源，是替代傳統(tǒng)能源的最佳選擇。因此，燃料電池技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)受到許多國(guó)家的政府和跨國(guó)大公司的極大重視。美國(guó)將燃料電池技術(shù)列為涉及國(guó)家安全的技術(shù)之一，《時(shí)代》周刊將燃料電池電動(dòng)汽車(chē)列為21世紀(jì)10大高技術(shù)之首；日本政府認(rèn)為燃料電池技術(shù)是21世紀(jì)能源環(huán)境領(lǐng)域的核心；加拿大計(jì)劃將燃料電池發(fā)展成國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。近十年來(lái)，國(guó)外政府和企業(yè)在燃料電池方面的投資額超過(guò)100億美元。為開(kāi)發(fā)燃料電池，戴姆勒－克萊斯勒公司一家近年來(lái)每年就投入10億美元，豐田公司的年投資額超過(guò)50億日元[4]。

歐、美發(fā)達(dá)國(guó)家和日本等國(guó)政府和企業(yè)界都將大型燃料電池的開(kāi)發(fā)作為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，并且已取得了許多重要成果，PEMFC技術(shù)已發(fā)展到實(shí)用階段，使得燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)而廣泛應(yīng)用于發(fā)電及汽車(chē)上。2MW、4.5MW、11MW成套燃料電池發(fā)電設(shè)備已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，用于國(guó)防、航天、汽車(chē)、醫(yī)院、工廠、居民區(qū)等方面；各等級(jí)的燃料電池發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達(dá)國(guó)家建成，其中，國(guó)際燃料電池產(chǎn)業(yè)巨頭加拿大巴拉德公司籌資3.2億美元，建成的燃料電池廠已于2001年2月正式投產(chǎn)。美國(guó)和歐洲將成批生產(chǎn)低成本的家用供電－供暖燃料電池作為最近的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。目前，在北美、日本和歐洲，燃料電池發(fā)電正快速進(jìn)入工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的階段。

目前，車(chē)用氫燃料電池已成為世界各大汽車(chē)公司技術(shù)開(kāi)發(fā)的重中之重。迄今為止，世界6大汽車(chē)公司在開(kāi)發(fā)氫燃料電池車(chē)上的開(kāi)發(fā)費(fèi)用已超過(guò)100億美元，并以每年10億美元的速度遞增[5]。1997年至2001年，各大公司研制出的車(chē)用燃料電池就達(dá)41種。

3，我國(guó)開(kāi)發(fā)燃料電池技術(shù)相對(duì)乏力

我國(guó)研究燃料電池有過(guò)起落。在20世紀(jì)60年代曾開(kāi)展過(guò)多種燃料電池的實(shí)驗(yàn)室研究，70年入大量人力物力開(kāi)展用于空間技術(shù)的燃料電池研究，其后研究工作長(zhǎng)期停頓。最近幾年，我國(guó)才開(kāi)始重新重視燃料電池技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，并取得很大進(jìn)展。特別在PEMFC方面，達(dá)到或接近了世界水平。但是，在總體上，我國(guó)燃料電池的研究開(kāi)發(fā)剛剛起步，仍處于科研階段，與國(guó)外相比，我國(guó)的燃料電池研究水平還較低，我國(guó)對(duì)燃料電池的組織開(kāi)發(fā)力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。作為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，開(kāi)發(fā)以煤作為一次能源的高溫型MCFC和SOFC具有特別重要的意義。但是我國(guó)在MCFC、SOFC研究方面與國(guó)外的差距很大，要實(shí)現(xiàn)實(shí)用化、商業(yè)化應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。迄今為止，我國(guó)還沒(méi)有燃料電池發(fā)電站的應(yīng)用實(shí)例。這和我國(guó)這樣一個(gè)大國(guó)的地位很不相稱(chēng)。盡管?chē)?guó)家也將燃料電池技術(shù)列為"九五"攻關(guān)項(xiàng)目，國(guó)家和企業(yè)投入的資金卻極為有限，年度經(jīng)費(fèi)僅為千萬(wàn)元量級(jí)人民幣，與發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)億美元的投入相比顯得微不足道；承擔(dān)研究任務(wù)的也只是中科院等少數(shù)科研院所，且研究力量分散，缺少企業(yè)的介入，難以取得突破性進(jìn)展，尤其是難以將取得的研究成果進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，以形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。從表1所列國(guó)外燃料電池的研究和開(kāi)發(fā)情況看，歐、美國(guó)家和日本等大多是以公司企業(yè)為主在從事燃料電池的研究開(kāi)發(fā)和制造生產(chǎn)，而且規(guī)模很大，例如，僅加拿大的Ballard一家公司的資產(chǎn)就達(dá)10億美元。

4，大力發(fā)展燃料電池技術(shù)勢(shì)在必行

從世界燃料電池迅猛發(fā)展的勢(shì)頭看，本世紀(jì)頭十年將是燃料電池發(fā)電技術(shù)商品化、產(chǎn)業(yè)化的重要階段，其技術(shù)實(shí)用性、生產(chǎn)成本等都將取得重大突破。預(yù)計(jì)燃料電池系統(tǒng)將在潔凈煤燃料電池電站、電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，潛在市場(chǎng)十分巨大?？梢灶A(yù)料，分散電源供電系統(tǒng)——燃料電池發(fā)電廠必將在21世紀(jì)內(nèi)取代以“大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓”為主要特征的現(xiàn)代電力系統(tǒng)，成為電力行業(yè)的主力軍。而燃料電池的普遍推廣應(yīng)用，必將在能源及相關(guān)領(lǐng)域引發(fā)一場(chǎng)深刻的革命，促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的形成，帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。能源領(lǐng)域的這場(chǎng)革命是我國(guó)政府、企業(yè)、科研院所、高等院校不得不正視的課題，我們對(duì)此必須有充分認(rèn)識(shí)并給予足夠的重視。我們應(yīng)該準(zhǔn)確把握這場(chǎng)革命所帶給我們的機(jī)遇，毫不遲疑地投入足夠的人力、物力、財(cái)力，推動(dòng)燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作，使之早日實(shí)用化產(chǎn)業(yè)化，為我國(guó)的國(guó)家能源安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

國(guó)家計(jì)委在1997年提出的中國(guó)潔凈煤技術(shù)到2010年的發(fā)展綱要中，已把燃料電池列為煤炭工業(yè)潔凈煤的14項(xiàng)技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)之一[6]。在“十五”科技發(fā)展規(guī)劃中，燃料電池技術(shù)被列為重點(diǎn)實(shí)施的重大項(xiàng)目[7]。

鑒于世界燃料電池發(fā)電技術(shù)的發(fā)展迅猛、市場(chǎng)廣闊的前景和我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，國(guó)家科技部、國(guó)家計(jì)委、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委應(yīng)該聯(lián)合制訂我國(guó)燃料電池發(fā)電技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃，既要組織有關(guān)高等院校、科研院所積極攻關(guān)，更要引導(dǎo)國(guó)家電力公司、石油集團(tuán)、石化集團(tuán)及汽車(chē)、機(jī)械制造等工業(yè)企業(yè)熱情參與，集中力量，加大人力、物力、財(cái)力的投入，急起直追，共同推進(jìn)燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。在具體做法上，我們應(yīng)從高起點(diǎn)起步，整機(jī)引進(jìn)國(guó)外的燃料電池發(fā)電設(shè)備，可先引進(jìn)規(guī)模較小的電池堆。在努力消化吸收的基礎(chǔ)上，積極創(chuàng)新，這樣可以使我們更快地掌握高技術(shù)，有利于加快我國(guó)燃料電池電站技術(shù)的發(fā)展。

另外，MCFC和SOFC對(duì)我國(guó)具有特別重要的意義，對(duì)此，我國(guó)近期應(yīng)選好整體技術(shù)的突破點(diǎn)，加強(qiáng)多孔、薄膜電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論、新型關(guān)鍵材料的設(shè)計(jì)、制備及多相復(fù)雜界面等方面的基礎(chǔ)研究。