燃料电池在通信领域中的应用

本文主要介绍了燃料电池发展现状、优势,及在通信领域中应用情况,展望了燃料电池的应用前景

燃料电池在通信领域中的应用

一、 燃料电池的发展现状

燃料电池的研究与开发是20世纪80～90年代国际上在能源领域开展的热门课题， 美国和日本处于世界领先地位，特别是日本在应用上投入巨资来开发燃料电池的组件及整个系统设备，一直处于世界领先地位。欧洲各国也在积极从事这方面的研究和开发工作，虽然不同国家各有特色，但总体水平与日美差距较大，个别发展中国家的燃料电池研究与开发也已经起步，并有其独到之处。

我国的燃料电池研究始于1958年，电子工业部天津电源研究所最早开展了MCFC 研究。70年代在航天事业的推动下，中国科学院大连化学物理研究所研制成功千瓦级AFC。“七五”期间，中国科学院长春应用化学研究所1990承担了中科院PEMFC研究任务；1993开始进行直接甲醇质子交换膜燃料电池（DMFC）的研究。电力工业部哈尔滨电站成套设备研究所于1991年研制出由7个单电池组成的MCFC原理性电池。“八五”期间，中科院大连化物所，上海硅酸盐研究所，化工冶金研究所及清华大学等国内十几个单位进行了与SOFC有关的研究。

为进一步推动高效，清洁发电技术的研究与开发，“燃料电池发电技术”已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划》。

随着开发新材料的进展和生产成本的降低，燃料电池逐步在军事、交通、电力等各 个领域中得到广泛的应用。

二、燃料电池的特点及优势

燃料电池的特点和优势，大体可概括为如下六个方面：

1、能量转化效率高。与一般热力发电相比，燃料电池发电具有较高的理论转化效率。无论是热机还是它的组，其效率都受到卡诺热机效率的限制，目前，汽轮机或柴油机的效率最大值仅为40%~50%，当用热机带动时，其效率仅为35%~40%；而在燃料电池中，燃料不是被燃烧变为热能，而是直接发电，理论上能量转化效率在90%以上，甚至超过100%。在实际应用时，考虑到综合利用能量，其总效率可望在80%以上。另外，其他的物理电池，如温差电池的效率仅为10%，太阳能的效率为20%，就无法与燃料电池相比较了。

2、比能量或比功率高。同样重的各种发电装置，燃料电池的发电功率大。这是因为，对于封闭体系的铅酸蓄电池或锌银电池与外界没有物质的交换，比能量不会随时间

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变化，但是燃料电池由于不断补充燃料，随着时间延长，其输出能量也越多，这样就可以节省材料，使装置轻，结构紧凑，占用空间小。

3、污染小、噪音低、振动小。燃料电池作为大、中型发电装置使用时，它与火力发电相比，突出的优点是可以减少大气污染，燃料电池只会产生水和热，如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。此外，燃料电池自身不需要冷却水，减少了火力发电热排水的污染。对于氢氧燃料电池而言，发电后产物只有水，所以在载人宇宙飞船等航天器中兼做宇航员的饮用水。火力发电则要排放大量残渣，并且热机活塞引擎的机械传动部分所形成的噪音污染也十分严重。比较起来，燃料电池的操作环境要清洁，安静得多。正式由于燃料电池对环境无污染等优点，加利福尼亚空气资源委员会和许多政府部门等免除了苛刻的排放许可要求认证。燃料电池使用除氢以外的其他能源燃料如天然气、甲烷等，确实有一些排放物，但是与其它发电机的排放物相比已经低了很多，燃料电池使用过程中副产物排放情况见下图所示：

4、可靠性高。燃料电池的发电装置是由单个电池堆叠成电池组构成的，单个电池串联的电池组并联后再确定整个发电装置的规模。由于这些电池组合是模块结构，因而维修十分方便。燃料电池的可靠性还在于：即使处于额定功率以上过载运行时，它都能承受而效率变化不大；当负载有变化时，它的响应速度也快。这种优良的性能使燃料电池在电高峰期可作为储能电池使用，保证火力发电发电站或核电站在额定功率下稳定运转，电力系统的总效率得以提高。

5、适用能力强。燃料电池可以使用多种多样的初级燃料，包括火力发电厂不宜使用的低质燃料。既可用于固定地点的发电站，亦可用作汽车，潜艇等交通工具的动力源。负荷应答速度快，启动或关闭时间短。设备占地面积小，建设工期短。燃料电池发电设备的构件小，可以全部积木化，制造和组装都可以在工厂进行，建设工期远远短于传统发电设备。机器的配置亦可自由设计，使装置更加紧凑，大大减少占地面积，增设工程相当方便。

6、与在网设备的兼容性好。在不同的启动条件下(电网失电和电池低电压启动)，在不同使用站点，系统都能够满足设备的供电要求。

正由于燃料电池具有上述优点，故被公认为继火力发电，水力发电和核能发电技术之后的第四代化学能发电技术。燃料电池的最大缺点是辅助控制系统比较复杂，一般都要用昂贵的催化剂。

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三、燃料电池与目前通信行业使用的铅酸蓄电池的区别

从结构上来看，铅酸蓄电池主要由极板、隔板、硫酸电解质3部分构成，燃料电池系统包括燃料、催化剂（电解质）、电极、质子交换膜电池堆、冷却系统、燃料输入控制系统、空气（氧气）输入控制系统、燃料泄漏检测控制系统、输出电压调节稳压器、排放系统和整机控制系统等。

通信行业的蓄电池先由外部电能对其进行充电，使用时再放出电能，是电能与化学能的转化，属于化学反应。燃料电池工作时，氢的电子聚集到正极极板上，氢离子通过催化剂聚集到负极。燃料电池是电化学系统把化学能直接转化电能，虽然都是化学反应，但是区别在于铅酸蓄电池是储能二次电源，燃料电池是化学反应直接输出电能，化学反应停止，则电能输出停止，从这一点来说燃料电池是发电机，将物质发生化学反应时释放的能量直接变换为电能。

铅酸蓄电池在报废后存在重金属铅污染，燃料电池在使用和报废后均不存在环境污染。

四、目前燃料电池在通信领域的应用

1、燃料电池在通信领域应用概况

现在的通信站通常都是由市电供电,采用铅酸蓄电池作为主要的后备电源,其初次投资比较低。但蓄电池的维护及管理成本较高，特别是在环境不好的情况下，成本更高；并且蓄电池使用寿命短，如不能有效监控其工作状况，常常导致蓄电池在真正需要的时候不能有效供电，造成通信中断。

燃料电池技术被认为是取代蓄电池和发电机作为通信行业后备电源的最有前景的技术。美国瑞莱昂(RELION)公司生产的燃料电池作为通信用后备电源进行了详尽的现场测试和数据整理。测试表明，燃料电池是电信后备系统的理想方案，与传统方案相比，其维修工作量与维护管理成本大幅度降低。因此，对于那些经常断电、用柴油机发电或是长时间断电需配置大容量电池的站点，燃料电池是更好的选择。

伴随燃料电池的日益发展，它们正成为不断增加的移动电器的主要能源。微型燃料电池因其具有使用寿命长、重量轻和充电方便等优点，比常规电池具有得天独厚的优势。

如果要使燃料电池能在膝上型电脑，移动电话和摄录影机等设备中应用，其工作温度，燃料的可用性，以及快速激活将成为人们考虑的主要参数。目前大多数研究工作均集中在对低温质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池的改进上。正如其名称所示， …… 此处隐藏：5572字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……