2002年10月10日至12日全球规模最大的氢和燃料电池技术展览会在汉堡举行。来自欧洲、日本和北美的118家厂商参展,展览会面积4200平方米,有5600人参观。展出了应用在汽车、楼房和便携式仪器的最新开发成果:氢驱动汽车采用电池和燃料电池双驱动切换方式;氢内燃发动机高级轿车;氢检查、测试设备和汽车的实用性和安全性;采用低成本材料制造燃料电池单元等。
在6种基本燃料电池型号中,大多数企业研究开发经费投入的重点是4种基本型号燃料电池,它们的主要区别是工作温度和功率范围。低温燃料电池(60-80℃)中聚合物电解质膜片燃料电池PEM-FC占主导,鉴于其启动后即可发电的特点PEMFC是惟一适于驱动汽车的燃料电池,但由于需采用不锈钢电极所以费用高,不适于用在固定场合,燃料只能采用氢。若采用甲烷或者天然气必须使用单独的改制器,最高效率在40%;磷酸燃料电池PAFC适于中温场合(160-220℃),是目前研究最深入的技术,全球已安装了150个。主要缺点是效率低(35%-40%之间),且寿命低于2万小时(西门子公司燃料电池技术部提供数据),因此各国对这种燃料电池的资助都在减少;高温燃料电池有两种MCFC(620-660℃)和SOFC(800-1000℃),由于预热时间较长,所以适于用在不需经常启动的固定场所。这两种燃料电池的优点是不需要不锈钢并且氢不会与一氧化碳发生氧化反应,对于热电厂具有重要意义。氢可以直接采用内部改制天然气或者生物气获取。高温废气可以直接供给燃气涡轮机,将燃气涡轮机发电效率提高10个百分点。整个工艺流程效率高达80%。MCFC效率为65%,SOFC效率为70%,但前者电极比后者易老化,长时间试验表明,寿命在7万-8万小时。
1.两款小批量试验轿车
据2002年10月的报道,福特Focus FCEV Hybrid和奔驰A级F-Cell燃料电池轿车2003年由用户进行首次试车。德国工程师协会试开后表示,起动时与自动变速器轿车没有什么区别。福特车手工制作多,而奔驰轿车如同成熟轿车一样。这两款轿车采用相同电机驱动、镍氢金属电池和燃料电池,并且都是小批量生产的燃料电池轿车。
这两款轿车的结构是一致的:65KW的电机通过固定速比变速器(10∶1)驱动前轮。驱动用燃料电池由德国Ballard公司生产,PEMFC燃料电池(Mark 902)重96kg,功率68KW,450V直流电转换成315V交流电,同时装备一个1.14KW(216V)三洋公司生产的镍氢金属电池作为某种负荷下燃料电池增力用。燃料电池空载或者制动时将对镍氢金属电池进行充电。福特轿车的氢储罐178升、压力360巴。奔驰轿车有两个350升多层底储罐。空转时压缩机将2-3巴压力空气输送到PEMFC燃料电池膜片阴极一侧,与此同时在阳极一侧应以相同压力卸载,否则微小压差将使薄薄的膜片撕裂。从整体性能来看,奔驰轿车要好于福特轿车,最高时速可达160公里。A级轿车比同级轿车重300公斤。福特公司所要求的可靠启动状态为零下29℃,但目前0度以下不工作时燃料电池就结冰。从价格、重量和可靠性等方面来看还远没有达到要求。首次推出的批量轿车对于改善燃料电池轿车将有重要意义。
2.发电供热用燃料电池
2001年底投资1500万马克的燃料电池工厂在科隆建成,这是全球首家自动化批量生产燃料电池的企业,主要生产碱性燃料电池AFC,3年后企业将有500名员工并成为欧洲最大的燃料电池 生产工厂。氧化陶瓷燃料电池SOFC在单独供能场合具有广阔前景。西门子公司于2001年就着手氧化陶瓷燃料电池SOFC的批量生产,计划于2003年10月开始启动,5年以后将形成100MW的能力。北美和欧洲将是最大的燃料电池市场。专家估计,西门子公司在大功率燃料电池(几百千瓦)开发方面领先5年。