近年來燃料電池技術(shù)開發(fā)大匯總

　　日本礙子開發(fā)出高效燃料電池SOFC，發(fā)電效率高達(dá)63％

　　日本礙子開發(fā)出了使用氫氣燃料時發(fā)電效率（LHV）達(dá)到全球最高的63％的固體氧化物型燃料電池（SOFC）。輸出功率為700W，工作溫度為800℃。在單元的支撐體——燃料極整個面上形成了5μm的電解質(zhì)（氧化鋯）薄膜，降低了電阻值，并在單元兩面形成空氣極確保了發(fā)電面積，從而實現(xiàn)了較高的輸出功率。

　　此次試制的單元為了使燃料氣體均勻遍布整個單元，在單元內(nèi)部形成了供給燃料氣體的流路（圖1）。單元厚度為1.5mm。因內(nèi)有流路，不僅無需使用分離燃料氣體和空氣的部件（分離膜），還因上下兩面均可發(fā)電而在小型化及低成本化方面占有優(yōu)勢。日本礙子已向日本國內(nèi)的大型石油公司提供了層疊有數(shù)十個單元的電池組，目前正在接受發(fā)電性能評價。今后將進(jìn)一步提高性能，爭取在便利店、購物中心等商業(yè)設(shè)施及家庭實現(xiàn)實用化。該公司還打算與其他公司進(jìn)行技術(shù)合作，以共同推進(jìn)該產(chǎn)品的開發(fā)。

　　日本山梨大學(xué)開發(fā)燃料電池脫CO催化劑，實現(xiàn)燃料處理裝置低成本化及小型化

　　日本山梨大學(xué)教授、該大學(xué)燃料電池納米材料研究中心陶瓷研究部部長東山和壽的研究小組開發(fā)出了一種新的家用燃料電池脫CO催化劑。使用該催化劑，從燃料中提取氫的燃料處理裝置不僅成本可降低20％，而且體積還可減小至約2/3。支持此技術(shù)開發(fā)的日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的燃料電池氫技術(shù)開發(fā)部部長佐藤嘉晃表示，現(xiàn)有家用燃料電池“價格為320～340萬日元，其中，燃料處理裝置的成本估計占到了近20％”，因此推算此次的技術(shù)可使家用燃料電池的成本降低10萬日元以上。

　　此前的燃料處理裝置對提取氫時產(chǎn)生的10％左右的CO，首先用CO變換催化劑減至1000ppm級，然后再使用CO選擇氧化催化劑將CO變成CO2，使之減至10ppm以下。CO選擇氧化催化劑廣泛使用基于Al3O2和Ru的催化劑以及Pt催化劑等。由于需要大量的Ru及Pt，因此催化劑本身價格較高，而且還需要在燃料處理裝置上安裝供給空氣以進(jìn)行氧化的泵。

　　將CO變成CH4

　　為了取代基于Al2O3和Ru的催化劑及Pt催化劑，此次開發(fā)了在Ni/Al2O3（鎳鋁尖晶石）中添加微量的Ru，并經(jīng)熱處理制成的催化劑。這是一種可將CO變成CH4（甲烷）的CO選擇甲烷化催化劑，因此只要有用于生成甲烷的氫即可，無需配備供給空氣的泵。該催化劑中承擔(dān)CO甲烷化作用的主要角色是添加Ru后經(jīng)熱處理而在Ni/Al2O3表面析出的Ni納米微粒子。

　　另外，催化劑的主體結(jié)構(gòu)采用廣泛用于汽車尾氣處理等領(lǐng)域的蜂窩結(jié)構(gòu)，在金屬蜂窩的表面配置了100μm左右的催化劑層。其結(jié)果是，催化劑的使用量減少到了原來的1/5。通過這些手段，此次催化劑中的Ru使用量減少為每kW燃料電池0.8g，可廉價制備催化劑。該催化劑可在200℃以上～250℃以上較低且較廣的溫度范圍內(nèi)使用。使用此次催化劑的燃料處理裝置已試制完成。其外形尺寸方面，全長約為550mm，最粗部分的外徑約為220mm。

　　昭和電工開發(fā)出Pt替代催化劑，燃料電池削減成本向前邁進(jìn)一步

　　昭和電工開發(fā)出了固體分子型燃料電池（PEFC）使用的催化劑，可替代現(xiàn)有的Pt（鉑）等價格昂貴的貴金屬。開發(fā)出的催化劑在Nb（鈮）類氧化物及Ti（鈦）類氧化物中分別混合了C（碳）及N（氮）等（圖1）。此次的開發(fā)是在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的“氧化物類非貴金屬催化劑項目”下，與日本橫濱國立大學(xué)教授太田健一郎等共同進(jìn)行的。

　　在PEFC中，催化劑承擔(dān)著促進(jìn)H（氫）和O（氧）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的作用。目前用作催化劑Pt為稀有金屬，每克價格高達(dá)4000多日元。削減催化劑成本為PEFC普及面臨的首要問題。

　　另一個問題是，在處于氧化環(huán)境中的空氣極上，Pt會發(fā)生溶解。而且，從耐久性觀點出發(fā)，也極需開發(fā)可替代的催化劑。采用Nb類及Ti類氧化物的催化劑除了資源上的制約較少之外，由于是氧化物，因此還具有與Pt相比不易溶解的特點。材料成本“可降至Pt催化劑的1/20以下”（昭和電工）。

　　此次開發(fā)的Nb類/Ti類氧化物催化劑的潛在能力相當(dāng)高，其氧化還原起始電位（即衡量催化劑作用強(qiáng)度的數(shù)值）均與Pt催化劑大體相同，顯示為1V以上（圖2）。不過，從用于燃料電池時的性能來看，“目前Pt催化劑還要高4～5倍”（昭和電工）。由于昭和電工是2008年7月參加NEDO的研究項目的，研發(fā)時間較短，今后還有大量改進(jìn)之處。比如，催化劑的粒徑為40nm左右，還很大，如果能夠減小這一粒徑，性能便有望進(jìn)一步提高。

　　昭和電工表示，制成燃料電池以單元進(jìn)行評測時，開路電壓在1.00V以上，耐久性達(dá)到500小時以上。性能確認(rèn)試驗?zāi)壳叭栽诶^續(xù)，記錄也還在更新，在現(xiàn)有的Pt替代催化劑中已達(dá)到全球最高水平。今后的課題是確立適于大量生產(chǎn)的制造方法。“目前只有計量達(dá)到4g才能實現(xiàn)穩(wěn)定的性能”。