燃料電池的應用

特種上的應用

特種應用應該是燃料電池最主要，也是最適合的市場。高效，多面性，使用時間長，以及寧靜的工作，這些特點極適合于特種工作對電力的需要。燃料電池可以以多種形態為絕大多數特種裝置，從戰場上的移動手提裝備到海陸運輸提供動力。

在特種上，微型燃料電池要比普通的固體電池具有更大的優越性，其增長的使用時間就意味著在戰場上勿需麻煩的備品供應。此外，對于燃料電池而言，添加燃料也是輕而易舉的事情。

同樣，燃料電池的運輸效能能極大地減少活動過程中所需的燃料用量，在進行下一次加油之前，車輛可以行駛得更遠，或在遙遠的地區活動更長的時間。這樣，戰地所需的支持車輛、人員和裝備的數量便可以顯著的減少。自20世紀80年代以來，美國海軍就使用燃料電池為其深海探索的船只和無人特種提供動力。

移動裝置上的應用

伴隨燃料電池的日益發展，它們正成為不斷增加的移動電器的主要能源。微型燃料電池因其具有使用壽命長，重量輕和充電方便等優點，比常規電池具有得天獨厚的優勢。

如果要使燃料電池能在膝上型電腦，移動電話和攝錄影機等設備中應用，其工作溫度，燃料的可用性，以及快速激活將成為人們考慮的主要參數，目前大多數研究工作均集中在對低溫質子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池的改進。正如其名稱所示，這些燃料電池以直接提供的甲醇-水混合物為基礎工作，不需要預先重整。

使用甲醇，直接甲醇燃料電池要比固體電池具有極大的優越性。其充電僅僅涉及重新添加液體燃料，不需要長時間地將電源插頭插在外部的供電電源上。當前，這種燃料電池的缺點是用來在低溫下生成氫所需的白金催化劑的成本比較昂貴，其電力密度較低。如果這二個問題能夠解決，應該說沒有什麼問題能阻擋它們的廣泛應用了。目前，美國正在試驗以直接甲醇燃料電池為動力的移動電話，而德國則在實驗以這種能源為動力的膝上型電腦。

居民家庭的應用

對于固定應用而言，設計燃料電池的技術困難就簡化得多了。盡管許多燃料電池能生產50kW的電能，但絕大部分商業化的燃料電池目前都是用于固定的。現在，許多跡象表明，燃料電池也可用語人們稱做的居民應用（大都小于50kW）。

低溫質子交換膜燃料電池或磷酸燃料電池幾乎可以滿足私人居戶和小型企業的所有熱電需求。目前，這些燃料電池還不能供小型的應用，美國，日本和德國僅有少量的家庭用質子交換膜燃料電池提供能源。質子交換膜燃料電池的能源密度比磷酸燃料電池大，然而后者的效率比前者高，且目前的生產成本也比前者便宜。這些燃料電池應該能夠為單個私人居戶或幾家居戶提供能源，通過設計可以滿足居民對能源的所有要求，或者是他們的基本負載，高峰時的需求由電力網提供。

為了有利于該技術的應用，可以用天然氣銷售網作為氫燃料源。當前，許多生產商預測在不久的將來便會出現其它燃料源泉，這有助于進一步降低排放，加速燃料電池進入新的理想市場。新近進入固定燃料電池市場的廠家是汽車大亨GeneralMotors，她于2001年8月成功地開發了一種產品。

空間領域的應用

在20世紀50年代后期和60年代初期，美國政府為了替其載人航天飛行尋找安全可靠的能源，對燃料電池的研究給于了極大的關心和資助，使燃料電池取得了長足的進步。

重量輕，供電供熱可靠，噪聲輕，無震動，并能生產飲用水，所有這些優點均是其它能源不可比擬的。

GeneralElectric生產的Grubb-Niedrach燃料電池是NASA用來為其Gemini航天項目提供動力的第一個燃料電池，也是第一次商業化使用燃料電池。

從20世紀60年代起，飛機制造商pratt&Whitney贏得了為阿波羅項目提供燃料電池的合同。pratt&Whitney生產的燃料電池是基于對Bacon專利的堿性燃料電池的改進，這種低溫燃料電池是最有效的燃料電池。在阿波羅飛船中，三組電池可產生1.5kW或2.2kW電力，并行工作，可供飛船短期飛行。每組電池重約114kg，裝填有低溫氫和氧。在18次飛行中，這種電池共工作10，000小時，未發生一次飛行故障。

在20世紀80年代航天飛機開始飛行時，pratt&Whitney的姊妹公司國際燃料電池公司繼續為NASA提供航天飛機使用的堿性燃料電池。飛船上所有的電力需求由3組12kW的燃料電池存儲器提供，勿需備用電池。國際燃料電池公司技術的進一步發展使每個飛船上使用的燃料電池存儲器能提供約等于阿波羅飛船上同體積的燃料電池十倍的電力。以低溫氫和氧為燃料，這種電池的效率為70%左右，在截至現在的100多次飛行中，這種電池共工作了80，000多個小時。

固定的應用

目前，燃料電池開發得最完善的市場要數熱電的固定提供源市場。與傳統的礦物燃料相比，燃料電池的高效和低排放量使其對用戶具有極大的吸引力。此外，燃料電池技術的獨立性對于那些國家電網不能覆蓋，或國家電網不夠穩定而需要備用電力設備的地區而言，這種能源具有特殊的意義。鑒于這種電池的工作溫度可低達80℃，它們可安裝在私人家庭，小型的商業活動場所，甚至滿足大型企業活動的所有能源需求。

截至目前為止，可以說現在的燃料電池生產商的注意力均集中于非居民的應用。當前唯一提供商業化燃料電池的國際燃料電池公司已在學校、辦公室和銀行設施安裝了200多個磷酸燃料電池裝置。在不久的將來，諸如溶化的碳酸鹽燃料電池和固態氧化物燃料電池等高溫燃料電池也將用于大型的工業設施和兆瓦級的發電廠。當工作溫度上升到600-1100℃時，這種高溫燃料電池可以耐受氫污染源，因此可以使用未加重整的天然氣，柴油，或汽油。此外，它們所產生的熱能還可用來驅動增器蒸氣氣輪機再進行發電。

運輸上的應用

當前，以內燃機提供動力的汽車已成為有害氣體排放的主要排放源。在世界各地，國家和地方機構都在立法強迫汽車制造商生產能極大限度地降低排放的車輛，燃料電池可為這種要求帶來實質的機遇。位于Alberta的pembina適當設計研究所指出：當一輛小車使用以天然氣重整的氫為燃料的燃料電池而不用汽油內燃機時，其二氧化碳的排放量可以減少高達72%。然而，如果用燃料電池代替內燃機，燃料電池技術不僅要符合立法對車輛排放的嚴格要求，還要能對終端用戶提供同樣方便靈活的運輸解決方案。驅動車輛的燃料電池必須能迅速地達到工作溫度，具有經濟上的優勢，并能提供穩定的性能。

應該說質子交換膜燃料電池最有條件滿足這些要求，其工作溫度交低，80℃左右，它們能很快地達到所需的溫度。由于能迅速地適應各種不同的需求，與內燃機的效率25%左右相比，它們的效率可高達60%。pembina研究所近來的研究表明，以甲醇為燃料的燃料電池，其燃料利用率是用汽油內燃機提供動力的車輛的1.76倍。在現有的燃料電池中，質子交換膜燃料電池的電力密度最大。當人們在車輛設計中重點考慮空間最大化時，這一因素則至關重要。另外，固態聚合物電解質能有助于減少潛在的腐蝕和安全管理問題。唯一的潛在問題是燃料的質量，為了避免在如此低溫催化劑受到污染，質子交換膜燃料電池必須使用沒污染的氫燃料。

現在，大多數車輛生產商視質子交換膜燃料電池為內燃機的后繼者，GeneralMotors,Ford,DaimlerChrysler,Toyota,Honda，以及其他許多公司都已生產出使用該技術的原型。在這一進程中，運用不同車輛和使用不同地區的試驗進展順利，用質子交換膜燃料電池為公共汽車提供動力的試驗已在溫哥華和芝加哥取得成功。德國的城市也進行了類似的試驗，明后二年（2002-2003），還有另外十個歐洲城市也將在公共汽車上進行試驗，倫敦和加利福尼亞也將計劃在小型車輛上進行試驗。

在生產商能夠有效地，大規模地生產質子交換膜燃料電池之前，需要解決的主要問題包括生產成本，燃料質量，以及電池的體積。但愿技術的進一步發展和擴大生產的共同作用將會運用經濟的規模性而降低生產成本。目前，人們也在對直接使用甲醇為燃料和從環境空氣中取得氧的另一解決方案進行研究，它也可以避免燃料的重整過程。