日本第六屆國際氫能與燃料電池展

中國可再生能源學會氫能專業委員會 毛宗強

日本第六國際氫能與燃料電池展（FC EXPO 2010）于2010年 3月 3日至5日在日本東京國際展覽館成功舉辦。來自全球450多家氫能與燃料電池相關企業參展。每天觀眾近3萬人，據組委會會后發布的數據表明，3天共80045人參觀了展覽。與第六國際氫能與燃料電池展同時展出的還有第三屆國際光伏、第一屆國際可充電電池展等5個展覽。

美國、加拿大、德國、法國和東道主日本等都組團參加FC EXPO 2010。除日本外，德國展團最大，由20余家德國企業組成。中國臺灣也派出由10家企業組成的展團，集體參展。中國大陸沒有公司參展。

在本屆展覽會上，筆者發現了一些接近市場的燃料電池新產品，現將這些新產品介紹給讀者，希望引起關注。

1）完全不用金屬鉑的燃料電池

現在使用的質子交換膜燃料電池必須用貴金屬鉑作催化劑，因此，有人估計，地球上有限的鉑資源將成為氫燃料電池汽車推廣的瓶頸。科學家早就知道堿性燃料電池可以不用貴金屬鉑作催化劑，而用銀、鎳催化劑就可以。早期的堿性燃料電池，雖然已用于太空，但由于大氣中CO2會使其液體電解質中毒，故不適合用于汽車。

以色列的CellEra公司展出了1.5 kW的無貴金屬鉑催化劑的堿性膜燃料電池堆。電堆由19個單電池組成，氫氣作燃料，固體聚合物陰離子交換膜為電解質，不需要任何液體堿電解質，使用鈷和鎳作為電催化劑。因而成本很低，只有普通的燃料電池成本的三分之一。CellEra公司2008年成立，總部位于以色列。

FC EXPO 2010

以色列CellEra公司的無鉑的1.5千瓦聚合物電解質膜燃料電池

日本展覽會上CellEra公司的無鉑的1.5千瓦聚合物電解質膜燃料電池

2）更適合燃料電池汽車使用的高溫聚合物膜燃料電池（HTPEM）

用Serenergy公司高溫聚合物膜燃料電池堆做動力的9座燃料電池車

現在氫燃料電池汽車使用質子交換膜燃料電池，在使用過程中產生同樣的電能和熱能，因此，將其用作汽車動力時，散熱的工作量很大。由于電解質膜的限制，使其工作溫度為60～80℃，通常夏天環境溫度達40℃，這樣燃料電池與環境的溫差很小，使車用燃料電池散熱的難度更大。所以從汽車工程師角度出發，希望提高汽車用燃料電池的工作溫度，擴大燃料電池和環境的溫差，簡化汽車散熱器，降低汽車成本。人們研究高溫電解質膜已經多年。在本屆展覽會上，德國FUMA-TECH公司已經展出批量生產的高溫膜和溶劑；BASF旗下公司展出高溫膜燃料電池的組件Celtec-MEA，丹麥的Serenergy公司則展示他們的高溫聚合物膜燃料電池堆。Serenergy公司于2006年在丹麥成立，主要技術來自丹麥奧爾堡大學能源技術研究所主要研究人員。目前HTPEM在工作溫度為100～180℃，推薦使用溫度為130～170℃。上圖為Serenergy公司高溫聚合物膜燃料電池堆做動力的9座燃料電池車，在2009年底的哥本哈根會議期間展示過。

3）微型燃料的電池實用化

日本aquafairy公司是2006年成立的燃料電池公司，注冊資本約100萬美元，23名員工。公司主要生產微型燃料電池。現有產品如下表所示。

日本 aquafairy公司主要微型燃料電池產品

日本aquafairy公司的幾款微型燃料電池，圖中日本的硬幣為參照物

公司聲稱2010年上半年出售商品。

4）直接乙醇燃料電池

為克服甲醇的毒性，工程師一直尋求用乙醇代替甲醇作燃料電池的燃料。因為乙醇的化學結構比甲醇復雜，所以用乙醇作為燃料電池的燃料難度要大。NDC公司展出直接乙醇燃料電池（DEFC）。NDC公司聲稱采用了獨特的無鉑催化劑技術，生產成本比同類技術低10倍。雖然直接乙醇燃料電池性能與溫度有關，但是其性能還是相當于或高于鉑催化劑的燃料電池系統。這種燃料電池的壽命測試已經超過3000多小時，在40℃時的其衰減小于40μ V/h，壽命測試還在繼續進行之中。

目前NDC公司的直接乙醇燃料電池的體積還是比較大，其20瓦燃料電池的尺寸為1.25毫米×115毫米×58毫米；重量1.1公斤；體積0.85升；額定功率21瓦（4.2伏×5安培）；操作電流1.0安到8.0安；操作電壓1.0伏到10.0伏；操作溫度-20℃到60℃；操作濕度0～100%；燃料為乙醇。

本次展覽會如同前幾次一樣，組織觀眾免費試駕由奔馳、通用、豐田、本田提供的多輛燃料電池小轎車，體驗氫燃料電池汽車的環保及“零碳”排放的駕駛樂趣。在日本的地鐵中，1千瓦級家用燃料電池熱電聯供系統的廣告特別引人注目。日本政府于2009年5月開始給購買這種家用燃料電池電站的家庭予以高額補助。這種燃料電池電站稱為“ENE·FARM”，由英文energy（能源）和farm（農場）構成。在日本國內主要由煤氣公司及石油公司進行家用燃料電池電站的商業銷售。2009年，ENE·FARM家用燃料電池電站價格為300萬日元（約23萬人民幣），即使扣掉政府提供的140萬日元補貼 (2009年度的最高補助額)，價格仍然較高。不過，據日本權威機構（NEDO）的《日本燃料電池·氫技術路線圖 2008》 預測，到2015年，ENE·FARM燃料電池系統價格約為60萬日元。正式普及階段的價格則在40萬日元以下。根據日本經濟產業省《長期能源供需預測》的估算，到2030年之前，ENE·FARM家用燃料電池電站可望普及至250萬臺。當然，要達到這一目標，還需政府的支持以及能源公司、燃料電池公司共同合作，進行進一步的技術研發。

日本aquafairy公司的微型燃料電池已經用于玩具機器人

本次展覽感想頗多。首先是國際范圍的燃料電池商業化在扎扎實實地推進中。如燃料電池汽車的試駕活動和家用燃料電池電站的多媒體廣告等，相信，再過幾年，更多的人將會使用氫燃料電池產品。

其次，從展會可以看到氫燃料電池還沒有定型，還在發展之中。本次展會的高溫聚合物電解質膜燃料電池已有樣機，微型燃料電池已用于機器人，不用貴金屬鉑的直接乙醇燃料電池也有樣機…，我們已經看到這些新產品邁開商業化步伐。

再次，一批小的、新的企業不斷給市場帶來新產品，新技術和新的活力。如本文介紹的高溫聚合物膜燃料電池、堿性膜燃料電池、直接乙醇燃料電池等都出自小公司。其實，在氫燃料電池市場上，小公司也有大前途，關鍵你得有自己的技術。

第四，廠商參展熱情高，每屆都有400余家參展，其中有不少外國廠商。我國去年還有兩家公司參展，今年剃了光頭，沒有一家中國大陸廠商參展，而海峽對岸的中國臺灣也還有10余家參展。這里面深層次的原因值得我們思考。

我國正在編制“十二·五”規劃，政府應繼續給予氫能和燃料電池以重要的地位，加大政策支持和經費投入，讓我國的氫能和燃料電池為減低我國單位GDP的碳指標作出貢獻。(本文主要圖片由劉志祥拍攝)