DICP, CAS, China
我国正在PEMFC领域开展工作
During 2002-2005, Fuel Cell Buses and cars were developed for test and demonstration.
BK6110
Max Speed () km/h Acceleration 0-50 km/h (s) Climb Rang (km) Fuel Consumption kg/100km
1.1
Current Density (A/cm )
DICP, CAS, China
DICP电堆的低/加压性能与Ballard对 比
进气压力MPa 膨胀石墨板(MEA_III) V@500mA/cm2 膨胀石墨板(MEA_III) V@1000mA/cm2 复合金属板(MEA_IV) V@500mA/cm2 复合金属板(MEA_IV) V@1000mA/cm2 BallardMK902模块 @1000mA/cm2 低压 0.67 ⎯ 0.708 0.608 @800mA/cm2 ⎯ 0.1 0.725 0.610 @800mA/cm2 0.746 0.69 @800mA/cm2 ⎯ 0.2 0.74 0.554 0.765 0.653 0.63
燃料电池技术现状与发 展趋势
中国科学院大连化学物理研究所 大连新源动力股份有限公司 衣宝廉
2005-6-29
现在生活、生产用能
固定能源：电网的电 （水电、火电、核电、风能发电、太阳能发电等） 移动动力源：以石油为代表的液体燃料（汽车、飞机等） 化学电源－电池（手机、各种小型电动工具）
后石油时代大型移动动力源如汽车动力源如何解决 1）生物燃料如生物柴油、乙醇等 2）开发高比能量的二次电池，发展电动车 3）以氢为能量载体，用燃料电池发电即所谓氢能经济
电机功率：24KW FCE功率：30KW 电池组：30AH 最大时速：108.3 km/h 爬坡度：> 20％ 加速性能：14.9s(0-80km) 续驰里程：209 km 经济性： 1.394kgH2/100km
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我国正在PEMFC领域开展工作
ChaoYue 3
Power Motor Power Max Speed Acceleration Climb Rang Fuel Consumption
W/KG
指标 30 150 50 50 满足装车要求 75
轿车
40（46）
城市客车 100（130） 127 56 52，3 满足
单车行驶大于一万公 里加压电池：二十次工况循环， Nhomakorabea驶三千公里。
161 52，4 46，4 满足
行驶大于一万公里
电池模块效率 % 电池系统效率 % 体积 寿命 小时
1000小时，头1000小时 衰减2％
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电池组的并串联技术
16
8
4
2
1
16
8
4
2
1
DICP, CAS, China
国内碱性燃料电池技术现状及发展趋势
AFC特点
高效、高比能量、高可靠性，电池效率高 达50 ～70％
AFC应用范围
特别适于载人航天飞行
AFC技术现状及发展趋势
燃料电池系统通过环模实验，但液氢、液 氧罐仅试制地面实验样品，若有需求，仍 需进行研发
交流用户或并网
电池组
氧源
纯氧或空 气
控制
传感元件、 执行 元件与软件
排 热
余热利用
热水或发电
水回收及净化
DICP, CAS, China 燃料电池系统
PEMFC电堆关键零部件
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常规五层MEA的制备工艺
常用的制备工艺
先把催化层做到扩散层上制得多孔气体扩散 电极，再通过热压的方法把多孔气体扩散电 极与质子交换膜组合形成MEA 形成常规疏水或亲水催化层型MEA一般是5
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与国外的差距（一）
性能指标
额定操作电流密度→比 功率
国内 国际 额定电流密 度 500- 1000 600 200- 250 300 1260 2200 高
寿命与可靠性
改进MEA结构，批量生产增强 膜，加速研发高温膜、碳纸等 关键材料国产化
mA/cm2
使用电流密 度mA/cm2
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我国“九五”攻关重点项目
国家科技部：燃料电池技术 中科院重大项目、特别支持项目：燃料电池技术 主攻方向：PEMFC 其它包括：MCFC、SOFC、DMFC 主要依托单位：中科院大连化学物理研究所
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我国正在PEMFC领域开展工作
国家科技部863电动汽车重大专项设立“燃料电池 电动汽车”课题； 国家科技部启动973基础研究项目：氢能的规模 制备、储运和相关燃料电池的研究； 中国科学院启动院知识创新工程重大项目：大功 率质子交换膜燃料电池发动机及氢源技术； 另外，国内多家科研机构和高校相继投入资金在 燃料电池及氢能领域开展研发工作；
额定功率 过载功率 启动时间
质量比功率 冷怠：17 s 热怠：1.6s 冷额：115s 热额：29s
40.39 kW
161 W/kg 92.65 ％ 50.44％
氢利用率 电堆效率
电池系统效 46.26 ％ 率
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新源动力40kW低压发动机性能
额定功率 过载功率 启动时间 41.7 kW 46.1 kW 冷怠:0.2s 热怠: 0.2s 冷额:98.4s热额:8s 95.7 % 52.4 %
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大连化物所碱性燃料电池系统
A型碱性石棉膜氢氧燃料电池 主要应用：载人航天
B型碱性石棉膜氢氧燃料电池 主要应用：低空侦察
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我国研制的碱性燃料电池系统性能
项 目
正常输出功率kW.台-1 峰值输出功率kW.台-1 工作电压 / V 整机质量 / kg 整机体积 / cm3 寿命 / h 氢氧气工作压力/MPa 工作电流密度/ mA.cm-2 电解质KOH浓度/ % 排水方式 启动次数 大连化学物理研究所 A型石棉膜型AFC 0.50 1.0 28 ± 2 40 22*22*90 > 450 0.15 ± 0.02 100 40 静态 > 10 大连化学物理研究所 B型石棉膜型AFC 0.30 0.6 28 ± 2 60 39*29*57 > 1000 0.13∼0.18 （区间） 75 40 静态 > 10 动态 > 10 天津电源研究所 石棉膜型AFC 0.3～0.5 0.7 28 ± 2 50 50,000 >500 0.2±0.015 125
规模
1-100kW 1-300kW 1-1000kW 1-2000kW 250-2000kW 1-100kW
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国外碱性燃料电池(AFC)的研究
美国Pratt-Whitney公司为Apollo 设计的 PC3A电池系统
航天飞机（Shuttle）用碱 性石棉膜型氢氧燃料电池
质量比功率 150W/kg
60000 50000
氢利用率 电堆效率
0 500 1000 1500 2000
40000
30000
20000
10000
0
-10000
电池系统效 46.40 % 率
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神力公司的100kW低压FCE性能
额定功率 过载功率 启动时间 质量比功率 氢气利用率 电池系统效 率 电池堆效率 100kW 130kW 3秒 127W/k g 97% 52.3% 56%
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大化所100kW低压FCE性能
额定功率 过载功率 启动时间 质量比功率 氢气利用率 电池系统效 率 电池堆效率 100kW 130kW 6s 100W/k g 96.7% 47% 54.7%
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十五进展
达到指标与任务要求的对比
项目名称 功率 KW 质量比功率
材料与部件开 发 成本 万元/千
碳纸需进口
1－1，5万元/千瓦
碳纸需进口
DICP, CAS, China
1－1，5万元/千瓦
DICP空气电极性能
性能与国外商品化MEA 相当
1.0 0.9 0.8 0.7
十五进展
Gore MEA MEA_IV MEA_III
Cell Voltage (V)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0
Operation Condition: o TH2=TAir=60 C, Tcell=65oC PH2=PAir=0.025MPa H2 Utilization:80% Air Utilization:40% 2 S=122cm
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
2
0.8
0.9
1.0
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我国正在PEMFC领域开展工作
在燃料电池中巴研制方面取得进展
第一代 2001年8月
30kW氢/氧电池组 手动控制
第二代 2002年11月
40kW氢/空电池组 闭环全自动控制 DICP, CAS, China
我国正在PEMFC领域开展工作
在燃料电池城市大巴研制方面取得进展
BF6120 86 30.9 >18% 250 4.8-9.5
Citaro (DaimlerChrysler) 80 20 >20% 200-250 17-30 DICP, CAS, China