燃料电池相对于锂离子电池有哪些优势和不足

1. 燃料电池相对于锂离子电池有哪些优势和不足

　　燃料电池涉及化学热力学、电化学、电催化、[1]  材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。
　　总的来说，燃料电池具有以下特点：能量转化效率高；它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。[2]  燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。安装地点灵活；燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。负荷响应快，运行质量高；燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。
　　由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点：

　　不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率；
　　不管装置规模大小均能保持高发电效率；
　　具有很强的过负载能力；
　　通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛；
　　发电出力由电池堆的出力和组数决定，机组的容量的自由度大；
　　电池本体的负荷响应性好，用于电网调峰优于其他发电方式；
　　用天然气和煤气等为燃料时，NOX及SOX等排出量少，环境相容性优。
　　如此由燃料电池构成的发电系统对电力工业具有极大的吸引力。
　　燃料电池的优势，科技手段中，尚没有一项能源生成技术能如燃料电池一样将诸多优点集合于一身。[3]
　　能源安全性。自1970年代的石油危机后，各大工业国对石油的依赖仍有增无减，而且主要靠石油输出国的供应。美国载客车辆每日可消耗约600万桶油，占油料进口量之85%。若有20%的车辆采用燃料电池来驱动，每日便可省下120万桶油。
　　国防安全性。燃料电池发电设备具有散布性的特质，它可让地区摆脱中央发电站式的电力输配架构。长距离、高电压的输电网络易成为军事行动的攻击目标。燃料电池设备可采集中也可采分散性配置，进而降低了敌人欲瘫痪国家供电系统的风险。
　　高可靠度供电。燃料电池可架构于输配电网络之上作为备援电力，也可独立于电力网之外。在特殊的场合下，模块化的设置(串联安装几个完全相同的电池组系统以达到所需的电力)可提供极高的稳定性。
　　燃料多样性。现代种类繁多的电池中，虽然仍以氢气为主要燃料，但配备「燃料转化器(或译重组器，fuel reformer)」的电池系统可以从碳氢化合物或醇类燃料中萃取出氢元素来利用。此外如垃圾掩埋场、废水处理场中厌氧微生物分解产生的沼气也是燃料的一大来源。利用自然界的太阳能及风力等可再生能源提供的电力，可用来将水电解产生氢气，再供给至燃料电池，如此亦可将「水」看成是未经转化的燃料，实现完全零排放的能源系统。只要不停地供给燃料给电池，它就可不断地产生电力。
　　高效能。由于燃料电池的原理系经由化学能直接转换为电能，而非产生大量废气与废热的燃烧作用，现今利用碳氢燃料的发电系统电能的转换效率可达40~50%；直接使用氢气的系统效率更可超过50%；发电设施若与燃气涡轮机并用，则整体效率可超过60%；若再将电池排放的废热加以回收利用，则燃料能量的利用率可超过85%。用于车辆的燃料电池其能量转换率约为传统内燃机的3倍以上，内燃引擎的热效率约在10~20%之谱。
　　环境亲和性。科学家们已认定空气污染是造成心血管疾病、气喘及癌症的元凶之一。最近的健康研究显示，市区污染性的空气对健康的威胁如同吸入二手烟。燃料电池运用能源的方式大幅优于燃油动力机排放大量危害性废气的方案，其排放物大部份是水份。某些燃料电池虽亦排放二氧化碳，但其含量远低于汽油之排放量(约其1/6)。
　　燃料电池发电设备产生1000仟瓦-小时的电能，排放之污染性气体少于1盎斯；而传统燃油发电机则会产生25磅重的污染物。因此，燃料电池不仅可改善空气污染的情况，甚可能许给人类未来一片洁净的天空。
　　可弹性设置/用途广。燃料电池的迷人之处在于其多样风貌。除了前述的集中分散两相宜的特点外，它还具有缩放性。利用黄光微影技术可制作微型化的燃料电池；利用模块式堆栈配置可将供电量放大至所欲的输出功率。单一发电元所产生的电压约为0.7伏特，刚好能点亮一只灯。将发电元予以串接，便构成燃料电池组，其电压则增加为0.7伏特乘以串联的发电元个数。
　　燃料电池的劣势主要是价格和技术上存在一些瓶颈，摘列如下：
　　燃料电池造价偏高：车用PEMFC之成本中质子交换隔膜(USD300/m2)约占成本之35%;铂触媒约占40%，二者均为贵重材料。
　　反应/启动性能：燃料电池的启动速度尚不及内燃机引擎。反应性可藉增加电极活性、提高操作温度及反应控制参数来达到，但提高稳定性则必须避免副反应的发生。反应性与稳定性常是鱼与熊掌不可兼得。
　　碳氢燃料无法直接利用：除甲醇外，其它的碳氢化合物燃料均需经过转化器、一氧化碳氧化器处理产生纯氢气后，方可供现今的燃料电池利用。这些设备亦增加燃料电池系统之投资额。
　　氢气储存技术：FCV的氢燃料是以压缩氢气为主，车体的载运量因而受限，每次充填量仅约2.5~3.5公斤，尚不足以满足现今汽车单程可跑480~650公里的续航力。以-253℃保持氢的液态氢系统虽已测试成功，但却有重大的缺陷：约有1/3的电能必须用来维持槽体的低温，使氢维持于液态，且从隙缝蒸发而流失的氢气约为总存量的5%。
　　氢燃料基础建设不足：氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全世界充氢站仅约70站，仍值示范推广阶段。此外，加气时间颇长，约需时5分钟，尚跟不上工商时代的步伐。

2. 燃料电池比普通电池的优势在与？？

燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。由于其具有发电效率高，适应多种燃料和环境特性好等优点，近年来已在积极地进行开发。 

由于燃料电池能将燃料的化学能直接转换为电能，因此，它没有像普通火力发电厂那样的通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可避免过程中转换损失，达到市制发电效率。此外，还具有以下优点：（1）部分负荷时也能保持高的效率；（2）通过与燃料供给装置的组合，可适用范围的燃料；（3）由于输出功率单位由堆的输出功率决定，故机组容量具有自由度；（4）电池本体的负荷响应性好；（5）NOX及SOX等的排出量少，有利环保。 

燃料电池通常是按构成的电解质来分类。现在开发最为盛行的有4种燃料电池。各种燃料电池，特别是其动作温度不相同，最先进行开发的磷酸型燃料电池（PAFC）约在200℃的温度下动作。相对于此，熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池均可应用在以石燃料为基本燃料的电厂内，可作为电力电源来利用。高温型燃料电池又可称之为是通过利用其高质量排气，来面向复合发电的燃料电池。 


燃料电池是将所供燃料的化学能直接变换为电能的一种能量转换装置，是通过连续供给燃料从而能连续获得电力的发电装置。由于其具有发电效率高，适应多种燃料和环境特性好等优点，近年来已在积极地进行开发。 

由于燃料电池能将燃料的化学能直接转换为电能，因此，它没有像普通火力发电厂那样的通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可避免过程中转换损失，达到市制发电效率。此外，还具有以下优点：（1）部分负荷时也能保持高的效率；（2）通过与燃料供给装置的组合，可适用范围的燃料；（3）由于输出功率单位由堆的输出功率决定，故机组容量具有自由度；（4）电池本体的负荷响应性好；（5）NOX及SOX等的排出量少，有利环保。 

燃料电池通常是按构成的电解质来分类。现在开发最为盛行的有4种燃料电池。各种燃料电池，特别是其动作温度不相同，最先进行开发的磷酸型燃料电池（PAFC）约在200℃的温度下动作。相对于此，熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池均可应用在以石燃料为基本燃料的电厂内，可作为电力电源来利用。高温型燃料电池又可称之为是通过利用其高质量排气，来面向复合发电的燃料电池。

3. 燃料电池的优势性能有哪些？

1、节能、转换效率高、不需要石油燃料。
2、排放达到零污染。
3、车辆性能接近内燃机汽车。


燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。
另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
优点：
燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。从理论上来讲,只要连续供给燃料,燃料电池便能连续发电,已被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术。

发电效率高
燃料电池发电不受卡诺循环的限制。理论上,它的发电效率可达到85% ～90%,但由于工作时各种极化的限制,目前燃料电池的能量转化效率约为40%～ 60%。若实现热电联供,燃料的总利用率可高达80%以上。

环境污染小
燃料电池以天然气等富氢气体为燃料时,二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上,这对缓解地球的温室效应是十分重要的。另外,由于燃料电池的燃料气在反应前必须脱硫,而且按电化学原理发电,没有高温燃烧过程,因此几乎不排放氮和硫的氧化物,减轻了对大气的污染。

比能量高
液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍,直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池(能量密度最高的充电电池)高10倍以上。目前,燃料电池的实际比能量尽管只有理论值的10%,但仍比一般电池的实际比能量高很多。

辐射少
燃料电池结构简单,辐射少,损耗少。即使在11MW级的燃料电池发电厂附近,所测得的辐射也很少。 

燃料范围广
对于燃料电池而言,只要含有氢原子的物质都可以作为燃料,例如天然气、石油、煤炭等化石产物,或是沼气、酒精、甲醇等,因此燃料电池非常符合能源多样化的需求,可减缓主流能源的耗竭。

可靠性高
当燃料电池的负载有变动时,它会很快响应。无论处于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行,它都能承受且效率变化不大。由于燃料电池的运行高度可靠,可作为各种应急电源和不间断电源使用。 

易于建设
燃料电池具有组装式结构,安装维修方便,不需要很多辅助设施。燃料电池电站的设计和制造相当方便。

4. 燃料电池相对于锂离子电池有哪些优势和不足？

首先，就挑氢氧燃料电池PEMFC与镍钴铝NCA锂电池、磷酸铁锂电池作为代表，在动力电池方面比较。燃料电池是发电装置，那么加装储氢设备后就是个储能装置了。PEMFC具有甩磷酸铁锂几个数量级的能量密度。另外，燃料电池车的充气速度只有3分钟，跟锂动力电池充电比绝对是优势。感谢弗雷刘，纠正此处错误:丰田刚刚推出的未来基本已经体现出PEMFC的能量密度优势，巡航里程500公里。由于没有查到比亚迪秦的纯电动款数据，所以不厚道地把特斯拉的442公里拉出来了。另外借鉴一下氢燃料电池的电动车前景如何，有哪些技术和政策的限制？中Gocon的数据：德国打算建造1000座加氢站、日本也同样1000座加氢站。在加氢站没有普及的情况下，燃料电池车比纯电动车更难进入市场。下面针对PEMFC本身的缺陷，结合中国目前的情况分析：PEMFC的催化剂Pt的催化指标参照衣老师2012年的PPT达到了3美元/W，而且丰田公司也提出2020年PEMFC发动机的成本将降到现有的1/4，但是依然昂贵。Pt在气态硫氮氧化物浓度以ppm为单位存在的情况下有严重的中毒情况，浓度高于百ppm中毒不可逆，我国空气中硫氮氧化物含量单位绝对可以以百分为单位。PEMFC的催化剂载体碳，在放电状态下很容易氧化造成结构坍塌，使Pt的催化面积迅速减小并流失，造成电池寿命衰减，目前载体碳使用的是XC-72，美国卡博特。PEMFC采用的Nafion（全氟磺酸树脂）膜，主要生产技术掌握在美国杜邦公司，我国目前在山东省有Nafion膜生产基地，但是由于分子末端的C不能做到由H原子闭合，所以性能有一定差距。好吧上一句是听来的。另外，Nafion膜的进口价大概是7000RMB/平方米，2011年。PEMFC的扩散层为保证性能使用的是进口碳纸，目前日本东丽为主要供应商，按4A/平方厘米、放电电压0.7V参考，价格大概在6000RMB/平方米左右，没有大规模购买，不清楚。所以丰田未来的出售价格实在是令人感到费解。锂电池的缺点表现为三元锂电池不安全，特斯拉已发生过N起起火事故；虽然PEMFC也存在此类隐患，不过丰田未来可以用枪射击电池部位，不知道能不能禁得起车辆碰撞，顺便吐个特斯拉的槽：防弹底盘噱头没有枪击做得好啊。磷酸铁锂电池放电平台过于平缓，不易掌握充放电情况。另外，锂电池的高性能隔膜和电解液尚未达到大规模国产化。至于寿命问题，在不更换组件的情况下PEMFC的使用寿命如果做出和锂电池类似使用年限的承诺，估计要赔死。综上所述，氢氧燃料电池作为动力电池完全不适合我国，缺点碾压优点。

5. 燃料电池优点

燃料电池的优点有：发电效率高、环境污染小、比能量高、噪音低、燃料范围广等等。
1、发电效率高
燃料电池发电不受卡诺循环的限制。理论上，它的发电效率可达到85% ～90%，但由于工作时各种极化的限制，目前燃料电池的能量转化效率约为40%～ 60%。若实现热电联供，燃料的总利用率可高达80%以上。

2、环境污染小
燃料电池以天然气等富氢气体为燃料时，二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。另外，由于燃料电池的燃料气在反应前必须脱硫，而且按电化学原理发电，没有高温燃烧过程，因此几乎不排放氮和硫的氧化物，减轻了对大气的污染。


3、比能量高
液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍，直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池(能量密度最高的充电电池)高10倍以上。目前，燃料电池的实际比能量尽管只有理论值的10%，但仍比一般电池的实际比能量高很多。 

4、噪音低
燃料电池结构简单，运动部件少，工作时噪声很低。即使在11MW级的燃料电池发电厂附近，所测得的噪音也低于55dB。

5、燃料范围广
对于燃料电池而言，只要含有氢原子的物质都可以作为燃料，例如天然气、石油、煤炭等化石产物，或是沼气、酒精、甲醇等，因此燃料电池非常符合能源多样化的需求，可减缓主流能源的耗竭。
参考资料来源：百度百科－燃料电池

6. 燃料电池有哪些优点？

作为将化学能直接转换成电能的新型发电技术的应用，燃料电池具有许多独特优点：
一是热损耗小，发电效率高，一般可达到40%～50%，最高可望达到60%～70%，而且不受负荷变动的影响。目前，国际上火电厂的效率不超过40%，在我国的燃煤电厂效率才27%～28%。
二是低污染，燃料电池在发电过程中，既不需要锅炉、燃烧器等燃烧设备，也不需要汽轮机等高速旋转设备，因此，既不排放温室效应物质和有毒物质，也没有噪音干扰。
三是原燃料适应性强，燃料电池所用燃料可以多种多样，它都能“消化”，煤、油、气等都可以。
四是用途广，可用于宇宙航天、航空和地面动力供电，适于布置在城乡、海岛、居民区和企业内部热电负荷区。

7. 燃料电池具有哪些优点？

一是热损耗小，发电效率高，一般可达到40％～50％，最高可望达到60％～70％，而且不受负荷变动的影响。目前，国际上火电厂的效率不超过40％，在我国的燃煤电厂效率才27％～28％。
二是低污染，燃料电池在发电过程中，既不需要锅炉、燃烧器等燃烧设备，也不需要汽轮机等高速旋转设备，因此，既不排放温室效应物质和有毒物质，也没有噪音干扰。
三是原燃料适应性强，燃料电池所用燃料可以多种多样，它都能“消化”，煤、油、气等都可以。
四是用途广，可用于宇宙航天、航空和地面动力供电，适于布置在城乡、海岛、居民区和企业内部热电负荷区。

8. 锂电池与氢燃料电池，你认为哪个更有前途？

氢只是地球上储能的一种形式，不同于锂电池储能。制氢需要能量转化，而生产汽油只需要提纯。因此，氢燃料电池发展的关键是氢的来源是否可持续。比如利用太阳能、风能等电力生产氢气。从这个角度来说，锂电池和锂电池没有本质区别。作为电动车的电池，经过几代的发展，最开始是铅酸电池，然后是镍镉和镍氢电池，最后是锂电池。这说明锂电池确实是独一无二的。

从能量密度、比功率、循环寿命来看，锂电池是最好的选择。但目前最好的锂电池也只能达到500公里左右的续航，这还是在理想工况下，达不到燃油车的水平。开发新型电池是新能源汽车不可回避的任务。可以肯定的是，氢燃料电池有一个更有前途的未来。锂电池有污染，而氢燃料电池依靠氢氧结合产生动能，无污染。虽然氢燃料电池的发展还没有成型，价格也比较贵，但是这种氢燃料电池将来一定会发展起来。

从应用来看，锂电池可以应用到很多产品上，而氢燃料电池可能只在汽车领域有所发展。从发展前景来看，目前锂电池的发展已经在全球范围内。然而，氢燃料只限于少数国家的少数公司，还远远没有真正成熟到可以商用。氢能是国外推广的主要技术路线，(锂)电池是国内推广的主要技术路线。其核心根源，PK，其实是国家政策不同造成的。

国外的情况决定了只能走氢路线：日本电能匮乏(被迫走核电)，电池供电的国家用不起。海水会很充足，海洋加太阳能(潮汐能，太阳能)电解水更合理。我们国家的情况不同。西北地区不缺电能储备，所以走电池路线。产业链上游有宁德这样的电池技术厂商，下游有比亚迪这样的车厂。除此之外，我们还利用特斯拉的鲶鱼，把美国拉入这个阵营，整合整个供应链。这样需求也有了，再用补贴来支撑，很快就会形成规模。一旦形成批量效应，成本会大幅下降，进而会刺激技术的发展。这已经不是技术的优劣所能左右的趋势了，所以我们看到补贴也取消了，电动车还活得好好的。