氢能燃料电池技术发展现状与趋势

一、关于氢能燃料电池技术

氢作为化学能载体，正在成为与电一样重要的二次能源。氢能燃料电池技术是将纯氢，或含氢燃料中化学能转化为电能的技术，包括氢制取、储运、安全和燃料电池等技术，其相互关系见图1。

1.制氢技术

制氢处于氢能产业上游，其本质是通过能量输入从含氢原料中提取氢，主要有从碳氢燃料中和从水中提取两种途径，从水中提取为主要方式。通过可再生能源从水中提取氢，是未来氢能可持续发展的重要途径。

2.储（运）氢技术

氢的可储性是氢能应用最显著特点之一，高效、安全便利的储（运）氢是氢能实用化关键环节。按储氢原理，可分为气态、液态和固态储氢。车载储氢已成为氢能应用的技术瓶颈。

  

图1 氢能技术范围图

3.燃料电池技术

燃料电池将氢（含氢燃料）和空气中氧发生非燃烧电化学反应，实现高效发电并生成水，其比同用途热机的电效率可高出20%~30%，同时实现近零排放，并可通过单元堆叠实现规模放大，适于移动、分散发电。

4.氢安全技术

氢的安全性与其它能源类似，氢安全主要研究氢制取、储运、应用和氢能基础设施的安全问题，涉及氢泄漏扩散、氢火灾爆炸、氢与材料相容性、氢风险评估、氢安全仪器设备和规范标准等。氢安全研究可以防止和减少氢事故，促进氢能健康发展。

二、国际发展现状与趋势

催化重整、工业副产物和生物质制氢是目前氢气的主要来源，但存在CO2排放问题，可再生能源电力电解水制氢则可获得零排放氢气。电解制氢可分为碱性电解制氢（AEC）、固体聚合物电解制氢（SPE）和固体氧化物电解制氢（SOEC）。

1.制氢技术

化石能源制氢技术比较成熟，可以满足规模用氢需求；制氢技术正向可再生能源制氢转变。

SOEC电解效率最高，SPE次之，AEC最 低， 美 国Versa Power System公司和美国可再生能源国家实验室（NREL）合作研制的可再生SOFC，实现了大电流高效率电解水（6A@1.65V@78%LHV）；但AEC可大规模生产，SPE由于成本等问题处于小规格产品阶段，SOEC还在实验室阶段。

氢能技术已进入商业化前期阶段，但仍面临一系列技术经济瓶颈挑战。

工业制氢技术主要有以煤、天然气、石油等为原料的催化重整制氢，氯碱、钢铁、焦化等工业副产物制氢，生物质气化或垃圾填埋气生物制氢，采用网电或未来直接利用可再生能源电力电解水制氢；处于实验室阶段但潜力大的有光催化分解水、高温热化学裂解水和微生物催化等先进制氢技术。

2.储运氢技术

储氢分为高压气态、液态和固态储氢，高压气态储氢和液氢储氢技术已规模应用，固态储氢和有机氢化物液态储氢等技术仍处研发阶段。

高压气态储氢是现阶段经济、实用的储氢方案，70MPa高压气态储氢VI型瓶已商业化应用。

液态储氢包括液氢和有机氢化物液体储氢。液氢储氢体积储氢密度高，但耗能高、安全隐患大；有机氢化物和液氨储运氢储氢量高，可利用现有油气设施储运，但需在复杂反应装置中，通过外供热催化反应，实现加氢、脱氢，产品气中可能伴有气体和蒸汽杂质。

固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物等作为储氢载体，通过化学吸附方式储氢，其储氢密度高于高压氢和液氢，或最有可能满足车载储氢技术要求，但需解决重量储氢率低、放氢温度高和充氢速度慢等问题。值得关注的是新型高压/低温复合储氢技术。

（1）所有特种操作人员经过统一考核验证后才能入场，实行集中考核、配置施工的管理模式。各群体队伍依据往年考核结果，按工程施工风险项点风险度、技术水平、施工能力高低、业绩评价等进行量化打分，综合评价后调配不同队伍的施工内容，充分发挥“班头”的示范影响作用，实行安全正负补偿考核机制，保障安全与质量、安全与效益、安全与进度的高度统一。

3.燃料电池技术

乳腺病变近年来发病率逐年上升，包括各种乳腺良性病变及恶性病变，诸如乳腺增生、乳腺囊肿、纤维腺瘤、乳腺癌等等[1]。本研究针对乳房病变患者实施乳腺MR动态增强扫描与扩散加权成像联合检查，对其准确性予以判断。

本工程采用二管高压喷射灌浆进行基础的防渗处理，墙体交接形式为摆喷折线搭接，墙体最小厚度不小于15cm。试验区按监理及设计要求选定，坝轴线上设置2孔，围井高喷孔1孔，共计3孔。本试验设计墙体交接形式为摆喷折线搭接，孔距1.4m。在墙下游侧修建围井，旋喷桩及围井布置结构形式如图3、图4。

根据电解质的不同，燃料电池可分为主要5种：质子交换膜燃料电池（PEMFC，含甲醇燃料电池）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。碱性膜燃料电池、生物燃料电池等新型燃料电池也已出现。PEMFC是目前发展主流，SOFC是未来主要发展方向之一。

德国燃料电池技术一直世界领先，尤里希研究中心Detlef Stolten主要研究高温电解质燃料电池（160-180℃）和SOFC；巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心Werner Tillmetz主要研究燃料电池电堆耐久性和气体扩散层水热管理；弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所Alexander Michaelis和卡尔斯鲁厄理工学院Ivers-Tiffée 主要研究 SOFC；杜伊斯堡-埃森大学Angelika Heinzel长期研究燃料电池金属双极板，弗朗霍夫太阳能系统研究所Christopher Hebling主要研究燃料电池系统。

选取2015年1月—2016年6月本院住院的88例2型糖尿病患者作为观察组；其中，男51例、女37例，平均年龄（49±3）岁。所有患者均符合世界卫生组织糖尿病诊断标准，空腹血糖≥7.0 mmol/L或者餐后2 h血糖≥11.1 mmol/L。排除了同时患有可以引起肾脏病变的其他疾病，包括心血管疾病、自身免疫性疾病、血液病、恶性肿瘤等。同时选取同期健康体检者70例作为对照组；其中，男39例、女31例，平均年龄（48±4）岁，排除了糖尿病以及心、脑、肝等疾病以及可以引起肾脏病变的其他疾病，包括心血管疾病、自身免疫性疾病、血液病、恶性肿瘤等。

4.氢安全技术

已具备满足氢能发展的检测能力，初步建立标准体系，正在建立氢安全国际标准。氢能装备/设施的设计理念是本质安全，氢风险量化评估技术是主要发展方向。

三、我国发展现状与水平

“十二五”期间，在科技部的支持下，我国在风能、太阳能和生物质能等可再生能源制氢，固态储氢，高压储氢、输氢和加氢，先进燃料电池等氢能燃料电池关键技术方面进行了全面布局，取得了系列研究成果。目前我国氢能技术总体处于第二方阵，具有一定基础和特色，但与美、日、德国还有差距。

燃料电池技术已进入产业化阶段，成本在下降，寿命和可靠性等仍在提升。

姜夔词素以清空峭拔称名，其中《点绛唇·燕雁无心》更是白石词风的代表杰作，抒发了词人对身世的感慨嗟叹。在《点绛唇》中，关于首句“燕雁无心”一直有不同的释义：《全宋词》中，注释“燕雁”为“自北方飞来之雁”；《唐宋词鉴赏辞典》中，释“燕雁”为“北来之雁”；《唐宋词选释》中，俞平伯先生注：“‘燕雁’有两说：一.‘燕’指玄鸟。仄声。二.燕为地名，幽燕之燕，平声”……在当下学术论文中，也有两种释义的偏倚。那么到底是“北地之雁”？还是“燕与大雁”？究其原词，我们或可得解。

技术水平。与先进水平有相当差距。SPE、小型天然气重整等制氢技术仍是空白；储运氢方面，70MPa高压车载储氢瓶停留在样机阶段；燃料电池技术处于几十千瓦级别，国外已达兆瓦级别；氢安全技术仅开始基础研究，国外已经建立氢气泄露和爆炸的研究设施。

储氢技术。占有国际重要一席。固定式高压储氢技术和固态储氢材料等处于国际先进水平，车载高压储氢及氢输运等技术落后于国外。

首先，假设UAV从S点出发，到达目的地F点完成盘点任务。飞行空间中(车间内)存在很多设备和管道之类的危险区域，在UAV飞行过程中需要避开危险区域。将整个空间飞行路径划分成m个相等的子空间，且有n个飞行候选节点。

燃料电池技术。具备较好技术储备，处于应用示范阶段，正逐步进入市场，产业链尚未完整，总体落后于国际领先水平。

氢安全技术。具备一定技术基础，氢与材料相容性等具有特色，总体落后于美国、日本、欧盟。

总体来说，我国氢能基础研究与国际水平相近，甚至有超越趋势，但技术、产业化开发和市场培育与先进国家的差距有拉大趋势。

基础研究。初步形成涵盖制氢、储运氢、燃料电池、氢安全的研发体系，本领域SCI论文数量从2012年开始已超过美国，成为全球第一。

标准。与国际基本接轨，氢能、燃料电池和电动车辆3家标委会已分别发布标准19项、30项、11项。

知识产权。国际专利排名还很靠后，主要是我国企业特别是大型骨干企业氢能技术参与度较低。

制氢技术。规模已经居世界首位。煤气化制氢和碱性电解水制氢具有特色和优势，光催化和生物质制氢处于国际先进水平，天然气重整制氢和可再生能源制氢等与国外差距较大。

产业化。发展相对滞后，还停留在实验室阶段，商业化燃料电池整机产品非常少，车载高压氢瓶产业化落后先进国家8～10年。国外大规模可再生能源制氢已进入商业化示范阶段，燃料电池电动车已经上市销售，家用燃料电池及分布式燃料电池电站均投入商业化应用。

在古巴时，开拍之前我会和拍摄对象一起抽支雪茄。在越南一个偏远的民族村落，我和村落首领一起喝茶或吃水果。我乐于花几个小时甚至几天时间和人们畅谈。

四、我国进一步发展重点及对策建议

为适应未来能源变革，顺应能源革命的趋势和潮流，我国氢能燃料电池技术应向“技术处于国际先进水平，产业规模跃居世界第一”的目标大力发展。

制氢技术。重点发展可再生能源制氢技术，主要是电解水制氢技术，同时兼顾碳氢燃料电池重整制氢技术，积极探索光/热化学水解制氢技术。

储运氢技术。重点研究高压储（运）氢和固态储（运）氢技术，兼顾液态有机储（运）氢技术。

由式(2)可知,id、iq存在耦合,采样前馈解耦控制策略分别进行解耦[9]。因为电流内环具有对称性,所以设计电流调节器时只需考虑iq即可。电流调节器有典型Ⅰ和Ⅱ型系统[10-11]。论文采用典型I型系统,其阻尼比为0.707,从而实现电流内环的良好跟随性。

燃料电池技术。重点发展PEMFC和SOFC技术，兼顾先进燃料电池技术创新。

氢安全技术。全面研究高压氢泄漏火灾爆炸行为及防控和氢能设施运行安全技术。

为实现以上目标，提出以下对策建议：

1.积极推动将氢能纳入国家能源体系

研究制订国家氢能发展战略及实施路线图，促进技术、产业和商业模式同步创新，逐步将氢能纳入国家能源体系。

2.研究实施氢能科技重点专项

 

突破产业链成套关键技术和装备，形成技术标准体系，开展可再生能源大规模制氢、储氢和输配示范。开展燃料电池汽车商业化示范，推进燃料电池备用电源商业化应用，推动分布式供能和深海潜器用燃料电池集成技术示范。加强国际交流合作，建设氢能领域国家级科技创新平台，形成氢能创新链。

(3) 在发生浓烟状况下，大功率参量阵定向扬声器的音频引导与疏散标志，具有灯光标志不可替代的作用，弥补了原有应急疏散引导中的技术缺陷，并且疏散效率极其出色。

3.积极推进产学研协同创新

通过优势互补、协同发展和多元化投资，组建国家级检验检测中心，建设氢能利用区域示范中心和产业示范园区，搭建产业创新支撑平台。发挥优势企业在汽车产业开发中的推动作用，调动能源、交通、电信等行业龙头企业优势资源，构建以企业为主体、产学研用相结合的氢能利用产业联盟，形成具有国际竞争力的氢能产业创新链与价值链，探索新商业模式，推动商业化试点示范。

表7所示，四组血清的H5型禽流感抗体滴度、H9型禽流感抗体滴度和新城疫病毒抗体滴度之间无显著差异（P＞0.05）。由表中数据可知，随着松籽添加水平的提高，H5型禽流感病毒抗体滴度有先升后降的趋势，H9型禽流感病毒抗体滴度和新城疫病毒抗体滴度有升高的趋势。

4.营造有利于氢能产业发展的良好环境

研究制订氢能产业规划和引导产业健康发展的激励政策；加强安全检测能力建设，建立完善产业标准法规体系；推动商业模式创新，鼓励社会投资，加快加氢基础设施建设；稳步开放天然气管网和电网，接纳可再生能源制氢和燃料电池发电；研究制订氢能利用财政政策，营造有利于氢能产业发展的良好环境。