現(xiàn)代化學化工進展

精品感謝下載載化學化工進展燃料電池化學化工與材料學院2008級化學實驗班鄧曉然（20080168）現(xiàn)代化學化工進展燃料電池化學化工與材料學院2008級化學實驗班鄧曉然（20080168）引言21世紀，是能源開發(fā)、資源利用與環(huán)境保護互相協(xié)調(diào)發(fā)展的時代。能源的優(yōu)化利用與清潔能源的開發(fā)，是能源、資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。在21世紀，化石能源（如煤炭、石油、天然氣）逐漸被消耗殆盡，傳統(tǒng)的能源利用方式的弊病日益顯現(xiàn)——一是儲存于燃料中的化學能必須首先轉變成熱能后才能被轉變成機械能或電能，受卡諾循環(huán)及現(xiàn)代材料的限制，在極端所獲得的效率只有33%~35%，一半以上的能量都白白地損失掉了；二是傳統(tǒng)的能源利用方式給今天人類的生活環(huán)境造成了巨量的廢水、廢氣、廢渣、廢熱和噪聲的污染。這些都迫使人類一直在找尋既有高的能源利用效率又不污染環(huán)境的能源利用方式。氫能源及再生能源進入了人類視野，其必將會逐步取代化石能源而成為人類使用的主體能源，而這種能源的變遷也將迫使發(fā)電與供電方式發(fā)生重大變革。燃料電池(FuelCell，F(xiàn)C)作為一種新興的化學電源，最大限度的解決了傳統(tǒng)能源利用方式的弊病，因此，燃料電池的開發(fā)及研究也成為了熱點話題。歷史沿革1839年,英國科學家Grove首先介紹了燃料電池的原理性實驗，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦演講廳的照明燈。1889年Mood和Langer首先采用了燃料電池這一名稱，并獲得200mA/m2電流密度。由于發(fā)電機和電極過程動力學的研究未能跟上研究步伐，直到約100年后,英國劍橋的Bacon采用多孔氣體擴散電極制備了培根型堿性燃料電池（AFC）。20世紀60年代，燃料電池首次應用在美國航空航天管理局（NASA）的阿波羅登月飛船上作為輔助電源，為人類登月球做出了積極貢獻,燃料電池的研究進入了快速發(fā)展階段.后來稱這一時期為燃料電池開發(fā)的空間時代（spaceera）。1973年，在全球能源危機的刺激下，為了提高能源利用率，研究重點從航天轉向地面發(fā)電裝置，磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽電池（MCFC）以及直接采用天然氣、煤氣和碳氫化合物作燃料的固體氧化物燃料電池（SOFC）作為電站或分散式電站相繼問世，燃料電池的研究與開發(fā)掀起了新高潮，這一時期稱為燃料電池開發(fā)的能源時代（energyera）。其后，隨著能源危機的緩解，燃料電池的研究也隨之冷淡下來。80年代末期，環(huán)境污染問題逐步惡化，1987年美國公布了來自發(fā)電站和交通運輸方面的廢氣，如CO、Nox、Sox、粉塵等的污染物幾乎相等，且總量超過大氣中污染物的90%以上，以提高能源利用率，減少環(huán)境污染為目標的燃料電池研究開發(fā)工作引起了各國政府及科學家的重視，促進了燃料電池開發(fā)的環(huán)境時代（environmentalera）的到來。1993年，加拿大Ballard電力公司展示了一輛零排放、最高時速為72km/h，以質子交換膜燃料電池（PEMFC）為動力的公交車，引發(fā)了全球性燃料電池電動車的研究開發(fā)熱潮。許多發(fā)達國家相繼投入了大量人力、財力開展以PEMFC為動力電源的電動車、艦船、潛艇、水下機器人等研究與開發(fā)工作，并取得了長足進展。近些年來,由于直接醇類燃料電池（DAFC）的結構簡單，燃料存儲攜帶方便等特點，在移動電源、微型電源以及傳感器件等方面具有廣闊的應用前景，作為一支新秀已成為燃料電池研究與開發(fā)的新的熱點之一。工作原理燃料電池是一種按電化學原理,即原電池的工作原理,等溫地把儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的能量轉換裝置，其工作原理是水的合成反應，即燃料和氧化劑通過電極實現(xiàn)向電、水和熱量的轉化。FC單電池的基本原件有：燃料電極(陰極)，氧化劑電極(陽極)和電解質。當燃料電池工作時，向陰極通燃料，燃料(以氫氣為主)在陰極上放出電子，電子經(jīng)外部電路傳到陽極；向陽極通氧化劑，氧化劑在陽極與從外部電路流進的電子發(fā)生還原反應。通過兩極之間電解質的離子導體，完成電池內(nèi)部的電荷傳遞。這樣，內(nèi)外電路構成閉合回路，生成電流，實現(xiàn)化學能向電能的直接轉化。電池的陰、陽兩極除傳導電子外,也作為氧化還原反應的催化劑，用來加速電極上發(fā)生的電化學反應。當燃料為碳氫化合物時,陽極要求有更高的催化活性。陰、陽兩極通常為多孔結構,以便于反應氣體的通入和產(chǎn)物排出。兩極之間是電解質,電解質可分為堿性型、磷酸型、固體氧化物型、熔融碳酸鹽型和質子交換膜型等類型。電解質起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。為阻擋兩種氣體混合導致電池內(nèi)短路,電解質通常為致密結構。圖1燃料電池工作原理Fig.1Workingprincipleoffuelcell以磷酸型燃料電池為例，其陰、陽極及電池總反應方程式如下：燃料極(陽極):H2﹦2H++2e-空氣極(陰極):1/2O2+2H++2e-﹦H2O總反應式:H2+1/2O2﹦H2O以上反應式表示:燃料電池工作時向陽極供給燃料(氫),向陰極供給氧化劑(空氣),燃料(氫)在陽極被分解成帶正電的氫離子(H+)和帶負電的電子(e-),氫離子(H+)在電解質中移動與陰極側提供的O2發(fā)生反應,而電子(e-)通過外部的負荷電路返回到陰極側參與反應,連續(xù)的反應促成了電子(e-)連續(xù)地流動,形成直流電,這就是燃料電池的發(fā)電過程。FC單電池的輸出電壓約為0．5～1．3V左右，但在實際應用中，F(xiàn)C并不是以單電池的形式存在，而是組成電池堆(stack)。在電池堆中聯(lián)接各單電池的元件稱為聯(lián)接器(inter-connector)或兩極分離器(bipolarseparator)，其作用是將一個單電池的陽極和與之相鄰的另一個單電池的陰極聯(lián)接起來。按照實際需要，電池堆可為串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)混合。燃料電池的優(yōu)點1．發(fā)電效率高燃料電池按電化學原理等溫地直接將化學能轉化為電能,它不像常規(guī)電廠那樣通過鍋爐、汽輪機、發(fā)電機三級能量轉換才能得到電能,因此既沒有中間環(huán)節(jié)的轉換損失,也不受熱力學卡諾循環(huán)理論的限制,理論上它的發(fā)電效率可達85%~90%。但實際上,由于工作時各種極化的限制,目前各類燃料電池的實際能量轉化效率為40%~60%,若實現(xiàn)熱電聯(lián)供,燃料的總利用率可高達80%以上。2．環(huán)境友好當燃料電池以天然氣等富氫氣體為燃料時,由于有高的能量轉換效率,其二氧化碳的排放量比熱機過程減少40%以上。除此以外,由于燃料電池的燃料氣在反應前必須脫硫,而且按電化學原理發(fā)電,沒有高溫的燃燒過程,所以幾乎不排放硫化物和氮氧化物,減輕了對大氣的污染。3．噪聲低由于燃料電池按電化學反應原理工作,運動部件很少。因此,工作時噪聲很低。4．負荷調(diào)節(jié)靈活由于燃料電池發(fā)電裝置是模塊結構,容量可大可小,布置可集中可分散,且安裝簡單,維修方便。另外,當燃料電池的負載有變動時,它會很快響應,故無論處于額定功率以上過載運行或低于額定功率運行,它都能承受且效率變化不大。這種優(yōu)良性能使燃料電池不僅能向廣大民用用戶提供獨立熱電聯(lián)供系統(tǒng),也能以分散的形式向城市公用事業(yè)用戶供電,或在用電高峰時作為調(diào)節(jié)的儲能電池使用。5．燃料來源廣燃料電池可應用甲醇、煤氣、沼氣、天然氣、含氫廢氣、輕油、柴油等多種功能碳氫化合物燃料。燃料電池的分類燃料電池按其工作溫度不同，可分為堿性燃料電池（AFC，工作溫度為100℃）、固體高分子型質子膜燃料電池（PEMFC，也稱為質子膜燃料電池，工作溫度為100℃以內(nèi)）、磷酸型燃料電池（PAFC,工作溫度為200℃），稱為低溫燃料電池；熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC，工作溫度為650℃）、固體氧化物型燃料電池（SOFC，工作溫度為1000℃），稱為高溫燃料電池。另一種分類按其開發(fā)順序早晚，把PAFC稱為第一代燃料電池，把MCFC稱為第二代燃料電池，把SOFC稱為第三代燃料電池。這些電池均需用可燃氣體作為其發(fā)電用燃料。燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀PEMFC質子交換膜電池(PEMFC)除了具有燃料電池的一般特點外,還具有啟動快、壽命長、比功率與比能量高等突出特點。PEM-FC受到高度的關注,并成為當前研究的熱點。電催化劑、質子交換膜、電極、雙極板是PEMFC的重要組成部分,對PEMFC性能和運行穩(wěn)定性有著重要的影響。因此，主要部件的研究及改進成為PEMFC的研究主要方向。1．1電催化劑催化劑催化能力決定電極反應速率。PEMFC使用的催化劑主要有以下幾類：(1)鉑催化劑。目前,PEMFC使用的是以活性炭、炭黑以及石墨炭材料為載體的鉑催化劑。將鉑分散于不同的載體中,制成復合電極材料,是提高鉑催化劑利用率的有效途徑。碳納米管具有極大的比表面積和良好的導電性,被認為是一種良好的催化劑載體。RajalakshmiN等人通過乙烯基乙二醇和鉑鹽制得了負載量為32.5%的碳納米管載鉑催化劑,分析發(fā)現(xiàn)鉑沉積在碳納米管表面之前用低濃度的硝酸處理碳納米管,可以增加催化劑的催化活性。SmirnovaA等人采用凝膠碳做載體,利用絲網(wǎng)印刷技術成功制備了Pt/CA陽極催化劑,Pt的負載量為0.06~0.6mg/cm2。YsmaelVerde-Gomez等人研究發(fā)現(xiàn)加熱分解Pt(NH4)2Cl6可以得到分布均勻的Pt催化劑。(2)鉑合金催化劑。重整碳氫化合物得到的氫氣中常常含有CO雜質,CO會使催化劑中毒,使其催化能力大大降低。通過Pt和Ru的協(xié)同作用,Pt-Ru催化劑對CO具有抗毒能力,使電池維持較高的性能。Adzic等人將Ru沉積在碳載體表面,然后再將Pt沉積在碳載體上,可以得到催化性能及抗CO性能良好的催化劑,并且鉑的用量大大降低。WeijiangZhou等人在鉑中摻入Sn、Ru、W、Pd等制備了二元合金催化劑。ParageorgopoulosDC等人發(fā)現(xiàn)在Pt-Ru中摻入10at%的Mo,能夠提高PtRu/C催化劑的抗CO性能。(3)鉑-氧化物及非鉑系催化劑。ShuailinZhou等人研制出抗毒性和穩(wěn)定性良好的Pt/γ-Al2O3催化劑。AttilaWootsch等人制備了性能優(yōu)異的Pt/CeO2,但是只適合運行溫度在130℃以下的PEM-FC。JongWonPark等研制了Cu-Ce/γAl2O3和Cu-Ce-Co/γAl2O3電催化劑,并發(fā)現(xiàn)后者更適合做PEMFC的電催化劑。俄羅斯的FrukinANInsti-tuteofElectrochemistryRAS的研究人員對非鉑催化劑進行了比較系統(tǒng)的研究。1．2質子交換膜研究人員力圖通過對一些無質子傳導能力或質子傳導能力很低但具有良好機械性能、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的聚合物,如聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PS)等進行直接磺化、質子酸摻雜、輻射接枝改性等使之具有良好的質子傳導能力。加拿大Ballard公司開發(fā)的BAM3G膜。BAM3G膜由于結構上的差異,具有較好的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械強度,更為突出的是具有較低的交換容量質量(EW)和高含水率,性能超過了Nafion117和Dow膜。1.3電極電極傳統(tǒng)的制備方法是鉑黑與聚四氟乙烯乳液(PTFE)混合涂在炭紙上,表面噴一層Nafion溶液后,與質子交換膜熱壓到一起,形成三明治結構。但是Nafion通常只能滲入到催化層內(nèi)10μm,且容易與膜分離。1995年,印度電化學能量研究中心(CEER)采用噴涂浸漬法制得了催化層更薄、Pt分布更加均勻的膜電極,其Pt載量為0.14mg/cm2,其性能與0.44mg/cm2Pt載量的膜電極性能相似。Taylor等用電化學沉積把鉑定域在離子和電子的接觸區(qū)域,使Pt載量下降到0.05mg/cm2。Ye等用NaBH4化學技術把碳化的聚丙烯脂泡沫橡膠浸入在H2PtCl6溶液中,可以將鉑載量降低到0.013mg/cm2。Cha等用等離子體散射技術在Nafion電解質膜兩側表面直接沉積一層超薄鉑層,使鉑和電解質膜緊密相溶,鉑載量達到0.043mg/cm2,擴大了氣體的反應面積,離子導電率也增大,鉑催化劑的利用率提高了近10倍日本的Makoto等研究了利用膠體的方法優(yōu)化的碳化催化劑載體來擴大反應面積,提高鉑的利用率。1.4雙極板雙極板主要有石墨極板、金屬極板和復合材料極板三種。①石墨極板。傳統(tǒng)雙極板主要采用無孔石墨板,并通過機械加工溝槽。具有熱膨脹系數(shù)低、熱導性好、化學性質穩(wěn)定、耐腐蝕性高、導電性強等優(yōu)點。上海交通大學燃料電池研究所采用真空加壓方式硅酸納弄溶液浸漬石墨雙極板的方法,使石墨極板孔隙率減少了70%。用石墨蠕蟲直接壓制的柔性石墨板也可以制成性能很好的雙極板。②金屬極板。金屬雙極板雖然具有良好的導電性、導熱性、機械加工性、致密性,適合批量生產(chǎn),但是存在單位密度高,易腐蝕等缺點。為避免其腐蝕,降低電池的輸出功率,可采用新型金屬合金材料,并在雙極板兩側鍍上抗氧化、耐腐蝕和導電性好的防護層。碳為主體的材料(如石墨、金屬氧化物、導電性聚合物)以及金屬(如貴金屬、金屬碳化物、金屬氧化物)等可以作為防護層材料。雙涂層或多涂層的方法可以解決主體材料與保護層材料熱膨脹系數(shù)相差較大的難題。專利CN1421946A中發(fā)明了一種金屬氧化物作為防護層材料的三涂層雙極板,涂層導電性、耐腐蝕性良好。③復合材料雙極板。復合材料雙極板具有石墨雙極板與金屬雙極板的優(yōu)點,價格便宜、制造工藝簡單、質量輕、抗腐蝕好,但存在導電效果與機械性能差的特點。主要有以碳為基體的復合雙極板、以聚合物為基體的雙極板和鑲嵌式復合雙極板。以碳為基底,在石墨中加入有機聚合物(如乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等)的復合雙極板采用浸漬方法可以減小石墨的透氣性,降低流場加工厚度。不導電樹脂的加入,使極板的電阻增大,導電性下降;熱塑性材料(如乙烯、聚乙烯等)混合石墨粉或碳纖維制備需要冷卻處理,導致處理時間較長;熱固性材料(如聚酯等)混合石墨粉制備無需冷卻,處理時間短,但機械性能較差,因而需要熱處理,致使燃料電池成本提高。1.5儲氫技術氫氣儲存有多種方法,包括玻璃/沸石儲氫、制冷吸收儲氫、液態(tài)儲氫、不可逆金屬儲氫及可逆金屬儲氫。儲氫方法不同,使用的儲氫材料和儲氫容器也不相同加拿大Ballard公司和日本Toyota公司成功研制出金屬氫化物儲氫器,應用于PEMFC汽車上。在儲氫材料方面,有稀土系(AB5型)、鈦系(AB型及AB2型)、鎂系(A2B型)以及鋯系(AB2型)四大系列材料。如TiFe0.85Mn0.15H1.6。在LaNi5的基礎上通過摻合元素來部分替代La和(或)Ni,開發(fā)出多組元的儲氫合金,如LaNi5-xMx(M:Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、Pd、Pt,x=0.1~2.5)系和La1-xRexNi5(Re:Ce、Pr、Nd、Sm、Y、Gd、Th、Zr等x=0.25~1.0)系。近幾年,德國奔馳公司和日本松下公司還開發(fā)出Ti0.9Zr0.1CrMn和Ti0.8Zr0.2Mn1.2等AB2型合金,儲氫容量在1.8~2.0%。研究人員近期又開發(fā)了儲氫量大、重量輕的燃料電池用儲氫合金(Ti-Zr)-(Mn-Cr-V)2、(Ti-Zr)-(Mn-Cr-V-Fe)2、(Ti-Zr)-(Mn-Cr-V-Ni)2系列儲氫合金。PEMFC已成為現(xiàn)今燃料電池汽車動力的主要發(fā)展方向,豐田、通用等世界知名汽車公司都在積極開發(fā)以PEMFC系統(tǒng)為動力源的PEMFC電動車。此外,在航空航天特別是無人飛行器領域,以及家庭電源、分散電站、移動電子設備電源、水下機器人及潛艇不依賴推進電源等方面有著廣泛的應用。尋找合適的催化劑以及提高催劑的利用率、廉價的Nafion替代材料的開發(fā)、優(yōu)化電極結構、雙極板的選材以及批量化生產(chǎn)和發(fā)展大規(guī)模實用的儲氫技術,使其實現(xiàn)商業(yè)化和普及化是PEMFC燃料電池研究的重點和方向。1.6DMFC直接以甲醇為燃料的質子交換膜燃料電池通稱為直接甲醇燃料電池(DMFC)。膜電極主要由甲醇陽極、氧氣陰極和質子交換膜(PEM)構成。陽極和陰極分別由不銹鋼板、塑料薄膜、銅質電流收集板、石墨、氣體擴散層和多孔結構的催化層組成。其中,氣體擴散層起支撐催化層、收集電流及傳導反應物的作用,由具有導電功能的碳紙或碳布組成;催化層是電化學反應的場所,常用的陽極和陰極電極化劑分別為PtRu/C和Pt/C。直接甲醇燃料電池無須中間轉化裝置,因而系統(tǒng)結構簡單,體積能量密度高,還具有起動時間短、負載響應特性佳、運行可靠性高,在較大的溫度范圍內(nèi)都能正常工作,燃料補充方便等優(yōu)點。應用領域非常廣泛?？勺鲆巴庾鳂I(yè)或軍事領域的便攜式移動電源；50~1000kW的固定式發(fā)電設備；未來電動汽車動力源；移動通訊設備電源。DMFC是潛在的移動式電源并有可能替代部分軍用電池,各國的多個科研機構對此展開了深入研究。2002年,以色列特拉維夫大學首先開發(fā)成功了甲醇直接方式的手機燃料電池。2003年日本東芝公司宣布開發(fā)出一種可用于手機和小型信息終端的以高濃甲醇為發(fā)電原料的燃料電池,這種電池的大小像手掌一樣,輸出的電能卻是現(xiàn)在手機用鋰電池的6倍。德國SFC燃料電池公司宣稱已開發(fā)出甲醇電池設備的初期生產(chǎn)樣品,該設備可創(chuàng)造出40W的電源,未來將被應用于筆記本電腦、打印機、手機等產(chǎn)品。SOFC固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種直接將燃料氣和氧化氣中的化學能轉換成電能的全固態(tài)能量轉換裝置,具有一般燃料電池的結構。SOFC由用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）那樣的陶瓷給氧離子通電的電解質和由多孔質給電子通電的燃料和空氣極構成?？諝庵械难踉诳諝鈽O/電解質界面被氧化，在空氣燃料之間氧的分差作用下，在電解質中向燃料極側移動，在燃料極電解質界面和燃料中的氫或一氧化碳反應，生成水蒸氣或二氧化碳，放出電子。電子通過外部回路，再次返回空氣極，此時產(chǎn)生電能。SOFC的特點：高溫動作（600-1000℃），通過設置底面循環(huán)，可以獲得超過60%效率的高效發(fā)電；氧離子是在電解質中移動，所以也可以用CO、煤氣化的氣體作為燃料；電池本體的構成材料全部是固體，所以沒有電解質的蒸發(fā)、流淌。另外，燃料極空氣極也沒有腐蝕。與其他燃料電池比，固體氧化物燃料電池以致密的固體氧化物作電解質,在高溫800~1000℃下操作,反應氣體不直接接觸,因此可以使用較高的壓力以縮小反應器的體積而沒有燃燒或爆炸的危險。并且高溫運行的固體氧化物燃料電池（SOFC）以其全固態(tài)結構、更高的能量效率、和對煤氣，天然氣，混合氣體等多種燃料氣體廣泛適用性，發(fā)電系統(tǒng)簡單，可以期望從容量比較小的設備發(fā)展到大規(guī)模設備，等突出特點，發(fā)展很快，且應用廣泛。目前正在研制開發(fā)的新一代固體氧化物燃料電池,其特征是基于薄膜化制造技術,是典型的高溫陶瓷膜電化學反應器,可稱其為陶瓷膜燃料電池。我國已成功研制了中溫(500~750℃)陶瓷膜燃料電池的關鍵材料,發(fā)展了多種薄膜化技術(流延法、絲網(wǎng)印刷法、懸浮粒法、靜電噴霧法、化學氣相淀積法等),獲得了厚度5~20μm的薄層固體電解質,比傳統(tǒng)工藝制造的150~200μm電解質薄板減薄了一個數(shù)量級,單電池的輸出功率達到了500~600mW/cm2。燃料氣除氫氣以外,還可以直接以天然氣、生物質氣為原料。最近,西門子-西屋公司已經(jīng)完成了以天然氣為燃料,內(nèi)重整的100kW級管狀電池的現(xiàn)場試驗發(fā)電系統(tǒng),試運行了4000h,電池輸出功率達127kW,電效率為53%。隨著對固體氧化物燃料電池基礎研究的深入,其在各領域的應用也得到了開發(fā)。在發(fā)展大型電站技術的同時,固體氧化物燃料電池還用于分布式電站和備用電源技術。固體氧化物燃料電池可作為移動式電源,為大型車輛提供輔助動力源。第一輛裝有固體氧化物燃料電池輔助電源系統(tǒng)(APU)的汽車,由巴伐利亞發(fā)動機公司與德爾福汽車系統(tǒng)公合作推出,已于2001年2月16日在德國慕尼黑世。固體氧化物燃料電池還可以作為輪船、艦艇用電源以及宇航等特殊用途的發(fā)電系統(tǒng)。另外,利用固體氧化物燃料電池系統(tǒng)作為碳氫氣體的重整裝置以制備純氫,再配合質子交換膜燃料電池的應用也將有著廣闊的發(fā)展前景。2004年5月,美國能源部投資240萬美元用于固體氧化物燃料電池再生能源項目開發(fā)。固體氧化物燃料電池的廣泛應用前景使其成為目前發(fā)展的熱點。美國政府部門在燃料電池方面的研究投資重點已轉向了固體氧化物燃劑的活性。在固定電站領域，SOFC明顯比PEMFC有優(yōu)勢。SOFC很少需要對燃料處理，內(nèi)部重整、內(nèi)部熱集成、內(nèi)部集合管使系統(tǒng)設計更為簡單，而且，SOFC與燃氣輪機及其他設備也很容易進行高效熱電聯(lián)產(chǎn)。下圖為西門子-西屋公司開發(fā)出的世界第一臺SOFC和燃氣輪機混合發(fā)電站，它于2000年5月安裝在美國加州大學，功率220kW，發(fā)電效率58%。未來的SOFC/燃氣輪機發(fā)電效率將達到60-70%。圖3西門子-西屋公司制造的燃料電池被稱為第三代燃料電池的SOFC正在積極的研制和開發(fā)中，它是正在興起的新型發(fā)電方式之一。MCFC熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）由于其可以作為大規(guī)模民用發(fā)電裝置的前景而引起了世界范圍的重視。在這之后，MCFC發(fā)展的非?？?，它在電池材料、工藝、結構等方面都得到了很大的改進，但電池的工作壽命并不理想。80年代，它已被作為第二代燃料電池，而成為近期實現(xiàn)兆瓦級商品化燃料電池電站的主要研究目標，研制速度日益加快。MCFC與其他燃料電池比有著獨特優(yōu)點：①發(fā)電效率高比PAFC的發(fā)電效率還高；②不需要昂貴的白金作催化劑，制造成本低；③可以用CO作燃料；④由于MCFC工作溫度600-1000℃，排出的氣體可用來取暖，也可與汽輪機聯(lián)合發(fā)電。若熱電聯(lián)產(chǎn)，效率可提高到80%；⑤中小規(guī)模經(jīng)濟性與幾種發(fā)電方式比較，當負載指數(shù)大于45%時，MCFC發(fā)電系統(tǒng)成本最低。與PAFC相比，雖然MCFC起始投資高，但PAFC的燃料費遠比MCFC高。當發(fā)電系統(tǒng)為中小規(guī)模分散型時，MCFC的經(jīng)濟性更為突出；⑥MCFC的結構比PAFC簡單。燃料電池的展望長時間以來，燃料電池都被業(yè)界廣泛認為是未來解決掌上設備供電問題的良方，但一直苦于體積重量的問題無法推廣。近日，松下已經(jīng)成功開發(fā)出體積僅有270cc，基本和普通鋰電池大小相等的筆記本用燃料電池產(chǎn)品。該燃料電池的平均功率10W，最大功率20W。體積基本是上代的一半，燃料電池重約320g，在裝填200cc甲醇燃料后共可驅動筆記本長達20小時。圖4松下小體積筆記本燃料電池2010年世博會，日本館松下電器展出了綠色環(huán)保家用固體高分