氢能与燃料电池的发展现状与市场趋势
2.PEMFC在移动式电源方面的应用
PEMFC作为移动式电源，其应用领域分为两大类：一是用作便携电源、微型移动电源、备用电源等；二是可用作助动车、摩托车、汽车、火车、船舶等交通工具动力。从其发展情况看，PEMFC技术是较为成熟的电动车动力电源，并且已经商业化，如图7所示［23］。
根据各国的社会情况，电动车的发展方向是不尽相同的，这其中影响最大的开发项目有两个：一个是由美国DOE组织的国家PEMFC研究项目，另一个是由加拿大Ballard动力公司作为技术支持，由福特、奔驰等公司支持的PEMFC电动汽车项目，如图8所示的奔驰B级氢燃料电池车是比较成功的一例［23］。2010年起亚开发出霸锐Borrego FCEV，该车能量供应来源于燃料电池（98%氢气供给），全四轮驱动，续航里程可达700公里，输出功率115kW。起亚计划在2013年较大规模生产Borrego FECV。目前，世界各国对氢燃料电池车和氢能研发的投入都比较大，如表5所示。
在上海世博会期间，世博会与科技部合作开展纯电动、混合动力、燃料电池等1017辆各类新能源车辆示范运行项目，如图9所示［24］。其中，燃料电池汽车196辆，包括燃料电池客车6辆，燃料电池轿车90辆，燃料电池观光车100辆。这是继2008年北京奥运会（如图10所示）后，中国新能源车技术和成果的又一次集中展示［24］。为配套世博燃料电池汽车的示范运行，主办方在靠近世博园区附近新建了1座世博加氢站和2辆移动加氢车，为各种车辆提供燃料补给服务。
中国对燃料电池电动车的推广相当重视，在国家《节能中长期专项规划》中着重强调要“发展混合动力汽车、燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等清洁汽车”。清华大学、中国科学院大连化学物理研究所、富原燃料电池有限公司等科研院所已经研制出游览观光车、中巴车样车等，其运行性能接近或达到国际领先水平。
鉴于其重要性，燃料电池已经被美国列为使美国保持经济繁荣和国家安全而必须发展的27项关键技术之一，并被美国、加拿大等发达国家认定为21世纪首选的清洁能源系统。
二 固体氧化物燃料电池（SOFC）
（一）SOFC工作原理及简介
Nernst在1899年发现了固体氧化物电解质材料，为固体氧化物燃料电池奠定了基础。SOFC因使用固体陶瓷材料电解质而得名，该电解质的本质就是金属氧化物。SOFC的基本组成为阴极、阳极和中间的电解质，其工作原理是，燃料电池在运行过程中，在阳极和阴极分别送入还原、氧化气体后，氧气在多孔的阴极上发生还原反应，生成氧负离子。氧负离子穿过固体电解质材料到达阳极，然后与阳极的燃料反应，生成H2O和CO2，电子经过外电路通过负载输出电能，化学能就转变成电能。
随着制备工艺的不断进步，在20世纪80年代，新型固体氧化物燃料电池得到了迅速发展。该电池具有诸多的优点：能量转换效率高，能量的综合利用效率可以达到80%以上；燃料适应性广，可以直接利用天然气、煤气化气或其他碳氢化合物等作燃料；能够承受较高浓度的CO的毒害，因此对电极的要求会降低；使用具备电催化作用的阳极可以在发电同时生产化学产品。因此目前世界各国都在积极投入对SOFC技术的研发。
（二）SOFC在固定电站、燃料电池—汽轮机联合发电方面的应用
目前，SOFC电池堆的研究者采用了两种不同的应用战略。
（1）开发高于900℃温度的SOFC系统，可与燃气轮机联合使用，使发电效率大幅提高。图11为西门子—西屋公司开发出的世界第一台SOFC和燃气轮机混合发电站，此发电站已于2000年5月安装在美国加州大学，功率220kW，发电效率58%［25］。
（2）开发小型SOFC发电单元。这种SOFC常常设计为热电联产的形式，既可应用于住宅以及偏远地区分布式电站，如Sulzer Hexis公司开发的系列产品；也可用于辅助电源以及交通工具，其产品以德国BMW集团公司开发的车用SOFC-APU为代表。日本大阪燃气于2012年3月13日宣布，已完成家用固体氧化物型燃料电池的开发，并于4月27日以“ENE-FARMtype S”的商品名投放市场。该产品达到了全球最高水平的发电效率。天然气通过重整器分解成氢和一氧化碳并被送入电池组（电池组中收纳有燃料电池），反应产生的热用于燃气重整和城市供热（如图12所示）
