燃料电池将取代涡轮机

北欧能源系统（Nordic Power Systems）是挪威的一家公司，正在开发基于新型燃料电池的无声柴油发电机。这家公司专门为挪威军队生产发电机，已经成功测试了一款输出功率为250瓦的固体酸燃料电池，该款电池是由加州理工学院创办的SAFCell公司开发生产的。目前，这两家公司正在联合攻克1.2千瓦的发电系统。 虽然固体燃料电池还处于初期开发阶段，但SAFCell表示，这种电池比传统的燃料电池更为简单，其中的关键组分（如电解质）可以从相对廉价的材料中获取。开发这项技术的研究人员认为，这种固体燃料电池成本低廉，足以取代高效发电厂使用的涡轮机（现有燃料电池高昂的制造成本使它们的应用范围极为狭窄，比如，只能作为后备电源使用）。 新型发电机运行，需要从柴油中产生氢气，这一过程被称为重整化（燃料被加热，但不燃烧，而是与空气和水蒸气混合）。随后，氢气被输入燃料电池进行发电。和已经在汽车中试用的燃料电池不一样，这种新型燃料电池可会融入一氧化碳等杂质，这些杂质会混杂在由柴油产生的氢气之中。SAFCell公司的首席执行官卡勒姆•奇索尔姆（Calum Chisolm）表示，如果进行大规模生产，这种新型燃料电池的生产成本要廉价许多，低于Bloom Energy公司出售的高温固体氧化物电池，因为新型燃料电池操作温度更低，不需要使用昂贵的耐热材料。 十年前，固体酸燃料电池第一次在实验室中测试。这种电池是基于固体酸，善于传导氢离子，或质子，这一类化合物是在上世纪80年代被发现的，当时被认为不适用于燃料电池，因为它们会溶解于水，水的产生是因为燃料电池会使氢和氧结合。加州理工学院材料科学和化学工程专业的教授索西娜•海尔（Sossina Haile）和同事找到了一个简单的方法来解决这个问题：升高燃料电池的操作温度，使水变为蒸汽，这就不会使固体酸溶解。 这样产生的固体酸燃料电池兼具两种主流燃料电池的优点，也就是聚合物电解液膜（Polymer-electrolyte-membrane）燃料电池和固体氧化物电池的优点。聚合物电解液膜燃料电池是通用汽车和其他汽车制造公司在其原型电动汽车中所使用的，这种电池可以在低温下运行，使用起来很方便。但在低温条件下，一氧化碳会富集在催化剂上，阻碍催化剂正常发挥作用。因此，这种电池需要使用的精制氢燃料无法广泛获取。而新型固体酸燃料电池则可在高温下运行（是250°C而不是 90°C），在这样的温度，一氧化碳就不是一个问题，这样，它所使用的氢燃料就可以现场取自天然气或其他相对较脏的燃料，比如柴油。比起氢气来，这些燃料的获取要方便许多。 在燃料的适用范围上，新型燃料电池与固体氧化物电池相差无几，但后者的操作温度通常高达800至1000°C，需要使用昂贵的材料。奇索尔姆表示，一旦进入商业化生产，新型燃料电池的成本有望与Bloom Energy出售的固体氧化物电池持平，但随着一系列成本削减技术的开发和实施，他们的电池成本将会很快降低至Bloom的固体氧化物电池的十分之一，因为公司会研发和采取一系列节约成本的技术。等到那时，足够廉价的燃料电池就可以和电厂使用的高效涡轮机一较高低了。 凯斯西储大学（Case Western Reserve University）的化学工程学教授罗伯特•沙维奈尔（Robert Savinell）认为，关键的挑战在于减少铂催化剂的使用量。海尔和SAFCell公司的研究人员已经确认了一种铂-钯催化剂和催化剂沉积方法，这种方法既可以减少铂的使用量又能提高输出功率，但目前铂的使用量依然需要进一步减少。该研究小组正在开发新型催化剂，可利用的优势是，电池系统工作温度可相对较低。 对铂进行回收利用是另一种可选方案，奇索尔姆认为，这种方法相对简单，这是因为燃料电池的化学组成。结合良好的融资规划，这一方案会使燃料电池降到每千瓦1000美元的成本关口，众多分析人士认为，一旦突破这个关口就，燃料电池就有望被大规模采用。