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日本家庭用燃料电池开发的技术动向

日本家庭用燃料电池开发的技术动向 2011： 1 开发现状固体高分子燃料电池（PEFC）是在电解持中使用高分子膜的一种新型能源装置，它可在较低温度下动作后，启动停止都容易实现。由于其输出密度大，电池有可能做得比较小。现在家用或小规模业务用固体高分子燃料电池共生系统（PEFC-Co-gene）有望实现商品化。2001年，日本燃料电池实用战略研究报告中指出，到2010年，日本将研制5万辆燃料电池汽车，固定式燃料电池发电量将达到210万kW。对于家用燃料电池，日本政府有下列计划项目。①固体高分子燃料电池系统实验研究、固定式燃料电池实验研究（经济产业省METI、新能源财团NEF）。②固体高分子燃料电池系统化技术开发（经济产业省、新能源产业技术综合开发机构NEDO）。③固体高分子燃料电池关键技术开发（经济产业省、新能源产业技术综合开发机构）。④普及固定式固体高分子燃料电池系统的基础设施（经济产业省、新能源产业技术综合开发机构）。2 各企业开发的情况日本主要的PEFC-Co-gene开发企业有以下几家：①荏原巴拉得（日本与加拿大BGS合资公司）该公司主要从事实用小规模发电系统的开发，2000年开始生产家用1kW级PEFC-C-gene原型机，2001年生产出2号原型机，2003年开发出家用1kW级PEFC-C-gene准商用机1型。AC输电效率为34%（低热值），电源组件体积为2271。②三洋电机公司该公司以尽快将燃料电池商品化为目标，开发出装有固体高分子燃料电池的家用1kW级PEFC-C-gene。1999年，三洋将天然气改性装置、燃料电池和其他外围设备组装后，通过微机实现自动运转。三洋展示了燃料电池的商品样机，今后将研制发电效率更高的小型系统。在燃料改性装置方面，三洋的样机采用了大阪燃气的高效改性器，电力转换装置则采用低损失开关元件，由于升压比合适，转换效率较高。AC输电效率为32%（低热值）、电源组件体积为2251。③东芝IFC公司该公司具有生产磷酸燃料电池的技术和经验，他们针对PEFC的商品化进行了开发。2001年，在采用内部加湿型器的基础上，通过变频器和控制装置的一体化，实现了系统的小型化，样机体积为2101。2003年生产出AC输电效率35%、额定输出功率为700W的试验样机。另外，东芝IFC还与美国的UTCFC公司合作，共同开发了供美国和日本家庭使用的5kW级PEFC-Co-gene。④松下电器产业公司松下从1991年开始PEFC的开发，1995年以后加速开发家用共生产系统和电动车用系统，1999年建立燃料电池试验室促进开发，2003年开发出AC输电效率为35%的系统，并着手进行样机商品化的试验，产品预计2005年上市。⑤三菱重工工业公司2005年公司进行了实用化的评价试验，并生产家庭用PEFC-C-gene的样机。2003年6月，研制出采用集成配管技术的系统，试制样机体积非常小（1801），AC输电效率36%，2003年底生产了样机。⑥新日本石油公司从1999年起，公司应用过去的技术储备，开始研究将使用石油燃料的PEFC系统实用化。为此，他们开出使用粗汽油燃料的5kW级PEFC-Co-gene，2001年7月进行了在维护站实用环境下的实地试验。此外，还开发了以LPG（液化石油汽）作燃料的1kW级PEFC-Co-gene，并于2002年4月进行了实地试验。除了上述企业外，石川岛播磨事工业、出光兴产、丰田汽车、日立制作所、富士电机、松下电工、三菱电机等企业也在开发PEFC-Co-gene。3 燃气行业的研发状况日本城市燃气行业和日本燃气协会为了实现PEFC-Co-gene的实用化，也在进行多方面的研究。①东京燃气公司该公司从1998年开始进行家用PEFC-Co-gene的开发，1999年6月在世界上最早公开了独立开发的1kW级系统。该系统将燃料处理装置和PEFC相结合，用城市燃气作原料。目前，他们正在进行燃料处理技术和共生应用技术的开发，2004年将实现PEFC-Co-gene的实用化。在燃料处理技术方面，该公司主要进行小型高效家用PEFC燃料处理装置的开发。2003年1月开发出了新型燃料处理器，该处理器重量很小（保温材料由30kg降至17kg），部分负荷效率有所提高（30%输出时，燃料处理效率由71%提高到76%）（高热值下）。为了满足不同家庭在不同季节的能量需求，其共生应用技术采用了最佳模式下的适量输出控制技术。2002年3月以后，该公司还在两处住宅进行了家用PEFC-Co-gene的实地试验。②大阪燃气公司他们的开发目标是到2005年将家用PEFC-Co-gene实现商品化。燃料电池开发中重要课题之一是天然气改性技术，这就需要在现有改性工艺技术基础上开发新的改性工艺，这包括消除CO的催化剂以及小型、高效、低成本的PEFC用天然气改性装置。此外，还应该能够向PEFC的组装厂提供这些技术。大阪燃气公司与组装厂一起试制了装有天然气改性装置的0.5~1.0kW级的共生系统，系统可以在家中安装。他们进行了运转试验，并对系统的性能、可靠性和耐久性进行评价，并探讨了在实际环境中，系统的最佳运转方法。③东邦燃气公司2001年3月，在本公司综合技术研究所建造了燃料电池试验住宅，根据家庭的各种生活模式，进行了PEFC-Co-gene的运转试验。他们在评价样机的基本性能、环境性、可靠性和安全性的同时，也提出了将样机实现商品化的想法，并将这种想法体现在实际开发中。为了有效利用PEFC的排热，他们还开行业内较小的试验样机，同时将该机与燃料电池一起进行性能评价。④其它燃气公司西部燃料公司2002年开出了“部分负荷高效运转模式”，可以有效利用PEFC-Co-gene产生的电力。北海道燃气公司，于2001-2003三年间，与北海道大学共同开发了家用1kW级PEFC-Co-gene，并进行了以下两项研究：a 在积雪、寒冷环境的试验住宅中，燃料电池运转的优化；b 在试验住宅中，对由地热、太阳能等自然能源系统与固体高分子燃料电池共生系统组成的新系统进行优化。岐阜燃气公司与日本政府部门共同在车部安装5kW级固体高分子燃料电池，进行运转试验。⑤日本燃气协会1998年后，日本燃气协会在新能源产业技术综合开发机构NEDO的赞助下，开展“固体高分子燃料电池高效低成本运转研究”。他们以PEFC组装式1kW级系统的试制运转为出发点，进行PEFC-Co-gene的导入和普及活动。2000~2002年，与燃气公司协作，推进家用PEFC-Co-gene的普及工作，开发了燃料电池高效输出和排热应用技术。在2000~2004五年间，计划进行以下两项工作：a 固定式PEFC的安全性、可靠性和有关性能的试验和评价方法的研讨与确认。b 对国内外标准策划情况、标准化资料与数据进行收集。4 今后的课题PEFC市场的导入与普及已经提上日程，企业方面的开发也需要加紧进行。今后的课题主要方向是在商品化、高效率、小型化、低成本、短期耐久性以及可靠性的验证等方面。此外，当产品进入家庭时，其经济性、节能性及环保性也很重要。目前，燃料电池的专家们正在研讨对家用设备安全性的考核，同时也在制订各种标准。专家们希望，当产品正式投放市场时，各种标准能够完整齐备。

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