燃料电池原理与材料

燃料电池原理与材料（精选6篇）

燃料电池原理与材料 第1篇

燃料电池电极材料简述

By 小叶好的

摘要

本文分别简述了五种燃料电池的点击材料的发展状况。分别从质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池、熔融盐燃料电池五种类型分别对电极材料进行简述，并结合最新的前沿研究对燃料电池电极材料进行简单的论述。关键词

燃料电池 正极材料 负极材料 电极 燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。一．质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

在质子交换膜燃料电池中，电解质是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸，和质子能够渗透但不导电的NafionTM，而电极基本由碳组成。氢流入燃料电池到达阳极，裂解成氢离子（质子）和电子。氢离子通过电解质渗透到阴极，而电子通过外部网路流动，提供电力。以空气形式存在的氧供应到阴极，与电子和氢离子结合形成水。在电极上的这些反应如下：

阳极：2H2→ 4H+ + 4e-

阴极：O2 + 4H+ + 4e-→ 2 H2O

整体：2H2 + O2→ 2 H2O + 能量

质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低温下，电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的一层薄的白金进行催化。

这种电极/电解质装置通常称做膜电极装配（MEA），将其夹在二个场流板中间便能构成燃料电池。这二个板上都有沟槽，将燃料引导到电极上，也能通过膜电极装配导电。每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。驱动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压，将多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存储器。

二．固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。广泛采用陶瓷材料作阴极和阳极电极材料，具有全固态结构。陶瓷电解质要求中、高温运行（600～1000℃），加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。

阴极材料目前已经有用柠檬酸络合法制备超细的钙钛矿型结构的固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.2)Co_(0.1)CuO_(3-σ)(LSCC).选用合适的反应条件和煅烧温度制得所需要的材料后,用DSC-TG、XRD、SEM等对粉体进行物相测定和形貌观察;选用不同温度煅烧前驱体,得到不同比表面积的粉体材料,通过半干法工艺成型LSCC阴极材料并测试它在不同温度条件下的电性能.结果表明,溶胶凝胶-高温自燃烧法能制备出超细纯相的LSCC阴极材料,且该阴极材料在中温条件下使用具有良好的导电性能(不低于150 S/cm)和输出功率(0.85 W/cm~2)和较低的活化能(112.1 kJ/mol).最近,一些具有电子和氧离子混合传导的A2B2O5型复合氧化物成为人们研究的热点材料。这类材料主要包括层状钙钛矿结构,如LnBaCo2O5+δ(Ln为稀土元素)、LaBaCuFeO5+δ和YBaCuCoO5+δ等氧化物和钙铁石结构,如Ca2Fe2O5、La2Co2O5等氧化物[1～3]。由于具有良好的晶体结构、独特的电化学性能以及较高催化活性,这些氧化物在新材料开发方面得到了高度的重视[4,5]。有关A2B2O5型层状钙钛矿结构氧化物用于SOFC阴极材料的研究最近也有一些报道,并且表现出较好的电化学性能。Tarancón等报道了GdBaCo2O5+δ氧化物阴极材料在不同固体电解质上的电化学性能,发现当测试温度为700℃时,电极的极化电阻最小值为0.25Ω.cm2。同时,Kim等研究了PrBaCo2O5+δ阴极材料的氧扩散及表无机化学学报第25卷面交换性能,结果显示,在测试温度范围内该材料具有很好的氧扩散能力;同时,电化学测试结果显示,在较低的测试温度下(600℃),PrBaCo2O5+δ阴极材料具有较小的极化电阻(0.15Ω.cm2)。

三．磷酸燃料电池

磷酸燃料电池是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。正如其名字所示，这种电池使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于150-200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。

目前已经有ElectroChem电池，其标准电极是使用在碳纸上的10wt %，20wt % Pt/C或30wt% Pt/RU触媒.我们也有特别订制的电极可供选择。但是目前比较成熟的是，正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨的一种或两种混合物，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯；负极材料采用天然石墨或人造石墨，负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨一种或两种混合物，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶；正极片、负极片、隔膜经多层层叠卷绕制成圆柱形卷芯。本发明不仅容量大，而且可以大倍率放电。合成方法主要有二步法工艺和胶-凝胶法，二步法工艺先是将含铁、酸根的原料均匀混合，在较低温度下合成结晶程度较好的磷酸铁锂；然后将磷酸铁锂和复合导电剂(无机导电物与含碳导电剂前驱物)充分混和，在较高温度下经短时间热处理即可得到电化学性能优良的正极材料磷酸铁锂，获得的磷酸铁锂结晶性好，其与导电剂的界面作用强，使材料的锂离子和电子导电率高，并适合用于大倍率充放，本工艺原料为廉价化工产品，合成工艺简单，易于规模化生产，添加电子导电剂的方法独特，产品材料电化学性能优良。溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法。将五氧化二钒粉末加热到600-900℃，并恒温1-4h使其熔融后迅速倒入装有水的容器中形成棕红色溶液，然后往溶液中加入锂盐、磷酸盐和有机酸，混合均匀后，在惰性气体的保护下于400℃-700℃烧结5-20h，冷却后即为成品。

四． 碱性燃料电池

碱性燃料电池一般以碳为电极，并使用氢氧化钾为电解质。碱性燃料电池的电能转换效率为所有燃料电池中最高的，最高可达70%。

19世纪60年代初，中温碱性燃料电池被用于太阳神阿波罗太空飞船，标志着燃料电池技术成为民用。碱性燃料电池在太空飞行中的应用获得成功，因为空间站的推动原料是氢和氧，电池反应生成的水经过净化可供宇航员饮用，其供氧分系统还可以与生保系统互为备份，而且对空间环境不产生污染。

20世纪90年代以来，众多汽车生产商都在研究使用低温燃料电池作为汽车动力电池的可行性。由于低温碱性燃料电池存在易受CO2毒化等缺陷，使其在汽车上的应用受到限制，因此，除少数机构还在研究碱性燃料电池外，大多数汽车厂商和研究机构都在质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）上寻求突破。然而PEMFC和DMFC都以贵金属Pt为主催化剂，一旦PEMFC和DMFC达到真正的批量生产阶段，将被迫面临Pt的匮乏。碱性燃料电池可以不采用贵金属作催化剂，如果采用CO2过滤器或碱液循环等手段去除CO2，克服其致命弱点后，用于汽车的碱性燃料电池将具有现实意义。因此，碱性燃料电池领域近年的研究重点是CO2毒化解决方法和替代贵金属的催化剂。

最近的研究表明，CO2毒化问题可通过多种方式解决，如通过电化学方法消除CO2，使用循环电解质、液态氢，以及开发先进的电极制备技术等。德国的Gulzow,E.等人2004年研究发现：当电极采用特殊方法制备时，可以在CO2含量较高的条件下正常运行而不受毒化。在电极制备中，催化剂材料与PTFE 细颗粒在高速下混合，粒径小于1μm的PTFE小颗粒覆盖在催化剂表面，增加了电极强度，同时也避免了电极被电解液完全淹没，减小了碳酸盐析出堵塞微孔及对电极造成机械损害的可能性。香港大学倪萌等人2004年提出使用氨（NH3）作为氢源在碱性燃料电池上使用将具有较好的发展前景。氨在室温下仅需8～9MPa就可被液化，不需较高能量消耗，且价格低，已有比较完善的生产、运输体系。氨具有强烈刺鼻的气味，其泄漏很容易检测。氨的爆炸范围比较小，仅15%～28%（体积比），相对安全。在碱性燃料电池使用中，只需在燃料入口增加一个重整器，将NH3分解为N2 和H2 即可。NH3的使用为碱性燃料电池的应用展开了一片较好的前景。

在替代贵金属的催化剂方面，近年的研究集中于：如何在非贵金属催化剂的稳定性和电极性能方面取得突破，开发与贵金属复合的多元催化剂，以及提高贵金属利用率、降低贵金属负载量等。基于纳米材料的电催化剂的应用研究是该领域近年的发展方向之一，纳米材料具有大比表面积、优良的导电性，在强碱液中表现出良好的耐蚀性，碳纳米管（CNTs）可作为碱性燃料电池中H2氧化反应的催化剂或催化剂载体。2000年，印度的N.Rajalakshmi等人采用直流电弧放电法制备单壁碳纳米管，经过加热、纯化、浓硝酸处理过后的碳纳米管具有类似于金属氢化物的催化活性。将其与铜粉按比例混合后制备的工作电极的电化学性能稳定、效率较高。2007年，日本汽车商Daihatsu宣布开发出一款无铂的碱性燃料电池。该技术适用于小型、有限范围的汽车，对性能和耐久性的要求不像大型汽车那么严格，但该技术还处于初级阶段，近期不会有商业化产品。

近年来，国际研究者在CO2毒化解决方法和替代贵金属的催化剂方面取得的研究进展，为低温碱性燃料电池的汽车应用创造了可能性。

五． 熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池以熔融碱金属碳酸盐的混合物组成低共熔体系作电解质，以氧化镍为正极、镍为负极的一种燃料电池。其燃料用氢和一氧化碳，氧化剂为空气。

1、阳极

MCFC的阳极催化剂最早采用银和铂，为降低成本，后来改用了导电性与电催化性能良好的镍。但镍被发现在MCFC的工作温度与电池组装力的作用下会发生烧结和蠕变现象，进而MCFC采用了Ni-Cr或Ni-Al合金等作阳极的电催化剂。加入2%~10%Cr的目的是防止烧结，但Ni-Cr阳极易发生蠕变。另外，Cr还能被电解质锂化，并消耗碳酸盐，Cr的含量减少会减少电解质的损失，但蠕变将增大。相比之下，Ni-Al阳极蠕变小，电解质损失少，蠕变降低是由于合金中生成了。

2、阴极

熔融碳酸盐燃料电池的阴极催化剂普遍采用氧化镍。其典型的制备方法是将多孔镍电极在电池升温过程中就地氧化，而且部分被锂化，形成非化学计量化合物，电极导电性极大提高。但是，这样制备的NiO电极会产生膨胀，向外挤压电池壳体，破坏壳体与电解质基体之间的湿密封。改进这一缺陷的方法有以下几种：

（l）Ni电极先在电池外氧化，再到电池中掺Li;或氧化和掺Li都在电池外进行；

（2）直接用NiO粉进行烧结，在烧结前掺Li，或在电池中掺Li:

（3）在空气中烧结金属镍粉，使烧结和氧化同时完成；

（4）在Ni电极中放置金属丝网（或拉网）以增强结构的稳定性等等。

参考文献：

[1].毛宗强等 《燃料电池》 化学工业出版社2005.[2].马欣.王胜开.陈国顺 《燃料电池设计与制造》 电子工业出版社 2008.07 [3].肖德.《燃料电池技术》 电子工业出版社 2009.01 [4].巴戈茨基(Vladimir S.Bagotsky)、孙公权、王素力、姜鲁华《燃料电池:问题与对策》 人民邮电出版社

燃料电池原理与材料 第2篇

申报材料

泓域咨询/ / 规划设计/ / 投资分析

摘要

燃料电池汽车是我国新能源汽车发展的主要技术路径之一。在《国家创新驱动发展战略纲要》《能源技术革命创新行动计划（2016 年～2030年）》《中国制造 2025》《汽车产业中长期发展规划》等国家级规划都明确了氢能与燃料电池产业的战略性地位，纷纷将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务，将氢燃料电池汽车列为重点支持领域。

该氢燃料电池项目计划总投资 4463.20 万元，其中：固定资产投资 3055.19 万元，占项目总投资的 68.45%；流动资金 1408.01 万元，占项目总投资的 31.55%。

本期项目达产年营业收入 10045.00 万元，总成本费用 7823.81 万元，税金及附加 80.28 万元，利润总额 2221.19 万元，利税总额2607.84 万元，税后净利润 1665.89 万元，达产年纳税总额 941.95 万元；达产年投资利润率 49.77%，投资利税率 58.43%，投资回报率37.33%，全部投资回收期 4.18 年，提供就业职位 206 个。

氢燃料电池项目申报材料目录

第一章

项目概论

一、项目名称及建设性质

二、项目承办单位

三、战略合作单位

四、项目提出的理由

五、项目选址及用地综述

六、土建工程建设指标

七、设备购置

八、产品规划方案

九、原材料供应

十、项目能耗分析

十一、环境保护

十二、项目建设符合性

十三、项目进度规划

十四、投资估算及经济效益分析

十五、报告说明

十六、项目评价

十七、主要经济指标

第二章

背景及必要性研究分析

一、项目承办单位背景分析

二、产业政策及发展规划

三、鼓励中小企业发展

四、宏观经济形势分析

五、区域经济发展概况

六、项目必要性分析

第三章

项目建设方案

一、产品规划

二、建设规模

第四章

项目选址说明

一、项目选址原则

二、项目选址

三、建设条件分析

四、用地控制指标

五、用地总体要求

六、节约用地措施

七、总图布置方案

八、运输组成

九、选址综合评价

第五章

土建方案说明

一、建筑工程设计原则

二、项目工程建设标准规范

三、项目总平面设计要求

四、建筑设计规范和标准

五、土建工程设计年限及安全等级

六、建筑工程设计总体要求

七、土建工程建设指标

第六章

项目工艺技术

一、项目建设期原辅材料供应情况

二、项目运营期原辅材料采购及管理

二、技术管理特点

三、项目工艺技术设计方案

四、设备选型方案

第七章

项目环境影响分析

一、建设区域环境质量现状

二、建设期环境保护

三、运营期环境保护

四、项目建设对区域经济的影响

五、废弃物处理

六、特殊环境影响分析

七、清洁生产

八、项目建设对区域经济的影响

九、环境保护综合评价

第八章

安全生产经营

一、消防安全

二、防火防爆总图布置措施

三、自然灾害防范措施

四、安全色及安全标志使用要求

五、电气安全保障措施

六、防尘防毒措施

七、防静电、触电防护及防雷措施

八、机械设备安全保障措施

九、劳动安全保障措施

十、劳动安全卫生机构设置及教育制度

十一、劳动安全预期效果评价

第九章

项目风险评价分析

一、政策风险分析

二、社会风险分析

三、市场风险分析

四、资金风险分析

五、技术风险分析

六、财务风险分析

七、管理风险分析

八、其它风险分析

九、社会影响评估

第十章

项目节能评估

一、节能概述

二、节能法规及标准

三、项目所在地能源消费及能源供应条件

四、能源消费种类和数量分析

二、项目预期节能综合评价

三、项目节能设计

四、节能措施

第十一章

进度说明

一、建设周期

二、建设进度

三、进度安排注意事项

四、人力资源配置

五、员工培训

六、项目实施保障

第十二章

投资计划方案

一、项目估算说明

二、项目总投资估算

三、资金筹措

第十三章

项目经济效益可行性

一、经济评价综述

二、经济评价财务测算

二、项目盈利能力分析

第十四章

项目招投标方案

一、招标依据和范围

二、招标组织方式

三、招标委员会的组织设立

四、项目招投标要求

五、项目招标方式和招标程序

六、招标费用及信息发布

第十五章

项目结论

附表 1：主要经济指标一览表

附表 2：土建工程投资一览表

附表 3：节能分析一览表

附表 4：项目建设进度一览表

附表 5：人力资源配置一览表

附表 6：固定资产投资估算表

附表 7：流动资金投资估算表

附表 8：总投资构成估算表

附表 9：营业收入税金及附加和增值税估算表

附表 10：折旧及摊销一览表

附表 11：总成本费用估算一览表

附表 12：利润及利润分配表

附表 13：盈利能力分析一览表

第一章

项目概论

一、项目名称及建设性质

（一）项目名称

氢燃料电池项目

（二）项目建设性质

该项目属于新建项目，依托 xx 经济技术开发区良好的产业基础和创新氛围，充分发挥区位优势，全力打造以氢燃料电池为核心的综合性产业基地，年产值可达 10000.00 万元。

二、项目承办单位

xxx 科技发展公司

三、战略合作单位

xxx（集团）有限公司

四、项目提出的理由

燃料电池汽车是我国新能源汽车发展的主要技术路径之一。在《国家创新驱动发展战略纲要》《能源技术革命创新行动计划（2016 年～2030年）》《中国制造 2025》《汽车产业中长期发展规划》等国家级规划都明确了氢能与燃料电池产业的战略性地位，纷纷将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务，将氢燃料电池汽车列为重点支持领域。

五、项目选址及用地综述

（一）项目选址方案

项目选址位于 xx 经济技术开发区,地理位置优越，交通便利，规划电力、给排水、通讯等公用设施条件完备，建设条件良好。

（二）项目用地规模

项目总用地面积 10878.77平方米（折合约 16.31 亩），土地综合利用率 100.00%；项目建设遵循“合理和集约用地”的原则，按照氢燃料电池行业生产规范和要求进行科学设计、合理布局，符合规划建设要求。

六、土建工程建设指标

项目净用地面积 10878.77平方米，建筑物基底占地面积 7113.63平方米，总建筑面积 10987.56平方米，其中：规划建设主体工程8543.17平方米，项目规划绿化面积 744.92平方米。

七、设备购置

项目计划购置设备共计 78 台（套），主要包括：xxx 生产线、xx设备、xx 机、xx 机、xxx 仪等，设备购置费 1332.17 万元。

八、产品规划方案

根据项目建设规划，达产年产品规划设计方案为：氢燃料电池 xxx单位/年。综合考 xxx 科技发展公司企业发展战略、产品市场定位、资金筹措能力、产能发展需要、技术条件、销售渠道和策略、管理经验以及相应配套设备、人员素质以及项目所在地建设条件与运输条件、xxx 科技发展公司的投资能力和原辅材料的供应保障能力等诸多因素，项目按照规模化、流水线生产方式布局，本着“循序渐进、量入而出”原则提出产能发展目标。

九、原材料供应

项目所需的主要原材料及辅助材料有：xxx、xxx、xx、xxx、xx 等，xxx 科技发展公司所选择的供货单位完全能够稳定供应上述所需原料，供货商可以完全保障项目正常经营所需要的原辅材料供应，同时能够满足 xxx 科技发展公司今后进一步扩大生产规模的预期要求。

十、项目能耗分析

1、项目年用电量 920900.39 千瓦时，折合 113.18 吨标准煤，满足氢燃料电池项目项目生产、办公和公用设施等用电需要

2、项目年总用水量 7750.71 立方米，折合 0.66 吨标准煤,主要是生产补给水和办公及生活用水。项目用水由 xx 经济技术开发区市政管网供给。

3、氢燃料电池项目项目年用电量 920900.39 千瓦时，年总用水量7750.71 立方米，项目年综合总耗能量（当量值）113.84 吨标准煤/年。达产年综合节能量 48.79 吨标准煤/年，项目总节能率 20.66%，能源利用效果良好。

十一、环境保护

项目符合 xx 经济技术开发区发展规划，符合 xx 经济技术开发区产业结构调整规划和国家的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。

项目设计中采用了清洁生产工艺，应用清洁原材料，生产清洁产品，同时采取完善和有效的清洁生产措施，能够切实起到消除和减少污染的作用。项目建成投产后，各项环境指标均符合国家和地方清洁生产的标准要求。

十二、项目建设符合性

（一）产业发展政策符合性

由 xxx 科技发展公司承办的“氢燃料电池项目”主要从事氢燃料电池项目投资经营，其不属于国家发展改革委《产业结构调整指导目录（2011 年本）》（2013 年修正）有关条款限制类及淘汰类项目。

（二）项目选址与用地规划相容性

氢燃料电池项目选址于 xx 经济技术开发区，项目所占用地为规划工业用地，符合用地规划要求，此外，项目建设前后，未改变项目建设区域环境功能区划；在落实该项目提出的各项污染防治措施后，可确保污染物达标排放，满足 xx 经济技术开发区环境保护规划要求。因此，建设项目符合项目建设区域用地规划、产业规划、环境保护规划等规划要求。

（三）

“ 三线一单 ” 符合性

1、生态保护红线：氢燃料电池项目用地性质为建设用地，不在主导生态功能区范围内，且不在当地饮用水水源区、风景区、自然保护区等生态保护区内，符合生态保护红线要求。

2、环境质量底线：该项目建设区域环境质量不低于项目所在地环境功能区划要求，有一定的环境容量，符合环境质量底线要求。

3、资源利用上线：项目营运过程消耗一定的电能、水，资源消耗量相对于区域资源利用总量较少，符合资源利用上线要求。

4、环境准入负面清单：该项目所在地无环境准入负面清单，项目采取环境保护措施后，废气、废水、噪声均可达标排放，固体废物能够得到合理处置，不会产生二次污染。

十三、项目进度规划

本期工程项目建设期限规划 12 个月。

十四、投资估算及经济效益分析

（一）项目总投资及资金构成

项目预计总投资 4463.20 万元，其中：固定资产投资 3055.19 万元，占项目总投资的 68.45%；流动资金 1408.01 万元，占项目总投资的 31.55%。

（二）资金筹措

该项目现阶段投资均由企业自筹。

（三）项目预期经济效益规划目标

项目预期达产年营业收入 10045.00 万元，总成本费用 7823.81 万元，税金及附加 80.28 万元，利润总额 2221.19 万元，利税总额2607.84 万元，税后净利润 1665.89 万元，达产年纳税总额 941.95 万元；达产年投资利润率 49.77%，投资利税率 58.43%，投资回报率37.33%，全部投资回收期 4.18 年，提供就业职位 206 个。

十五、报告说明

提供包括政策指引、产业分析、市场供需分析与预测、行业现有工艺技术水平、项目产品竞争优势、营销方案、原料资源条件评价、原料保障措施、工艺流程、能耗分析、节能方案、财务测算、风险防范等内容。

十六、项目评价

1、本期工程项目符合国家产业发展政策和规划要求，符合 xx 经济技术开发区及 xx 经济技术开发区氢燃料电池行业布局和结构调整政策；项目的建设对促进 xx 经济技术开发区氢燃料电池产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的调整优化有着积极的推动意义。

2、xxx 科技发展公司为适应国内外市场需求，拟建“氢燃料电池项目”，本期工程项目的建设能够有力促进 xx 经济技术开发区经济发展，为社会提供就业职位 206 个，达产年纳税总额 941.95 万元，可以促进 xx 经济技术开发区区域经济的繁荣发展和社会稳定，为地方财政收入做出积极的贡献。

3、项目达产年投资利润率 49.77%，投资利税率 58.43%，全部投资回报率 37.33%，全部投资回收期 4.18 年，固定资产投资回收期4.18 年（含建设期），项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。

4、引导民营企业建立品牌管理体系，增强以信誉为核心的品牌意识。以民企民资为重点，扶持一批品牌培育和运营专业服务机构，打造产业集群区域品牌和知名品牌示范区。加强对“专精特新”中小企

业的培育和支持，引导中小企业专注核心业务，提高专业化生产、服务和协作配套的能力，为大企业、大项目和产业链提供零部件、元器件、配套产品和配套服务，走“专精特新”发展之路，发展一批专业化“小巨人”企业，不断提高专业化“小巨人”企业的数量和比重，有助于带动和促进中小企业走专业化发展之路，提高中小企业的整体素质和发展水平，增强核心竞争力。提振民营经济、激发民间投资已被列入重要清单。民营经济是经济和社会发展的重要组成部分，在壮大区域经济、安排劳动就业、增加城乡居民收入、维护社会和谐稳定以及全面建成小康社会进程中起着不可替代的作用，如何做大做强民营经济，已成为当前的一项重要课题。

综上所述，项目的建设和实施无论是经济效益、社会效益还是环境保护、清洁生产都是积极可行的。

十七、主要经济指标

主要经济指标一览表

序号 项目 单位 指标 备注 1

占地面积

平方米

10878.77

16.31 亩

1.1

容积率

1.01

1.2

建筑系数

65.39%

1.3

投资强度

万元/亩

187.32

1.4

基底面积

平方米

7113.63

1.5

总建筑面积

平方米

10987.56

1.6

绿化面积

平方米

744.92

绿化率 6.78%

总投资

万元

4463.20

2.1

固定资产投资

万元

3055.19

2.1.1

土建工程投资

万元

953.35

2.1.1.1

土建工程投资占比

万元

21.36%

2.1.2

设备投资

万元

1332.17

2.1.2.1

设备投资占比

29.85%

2.1.3

其它投资

万元

769.67

2.1.3.1

其它投资占比

17.24%

2.1.4

固定资产投资占比

68.45%

2.2

流动资金

万元

1408.01

2.2.1

流动资金占比

31.55%

收入

万元

10045.00

总成本

万元

7823.81

利润总额

万元

2221.19

净利润

万元

1665.89

所得税

万元

1.01

增值税

万元

306.37

税金及附加

万元

80.28

纳税总额

万元

941.95

利税总额

万元

2607.84

投资利润率

49.77%

投资利税率

58.43%

投资回报率

37.33%

回收期

年

4.18

设备数量

台（套）

年用电量

千瓦时

920900.39

年用水量

立方米

7750.71

总能耗

吨标准煤

113.84

节能率

20.66%

节能量

吨标准煤

48.79

员工数量

人

206

第二章

背景及必要性研究分析

一、项目承办单位背景分析

（一）公司概况

公司始终坚持 “服务为先、品质为本、创新为魄、共赢为道”的经营理念，遵循“以客户需求为中心，坚持高端精品战略，提高最高的服务价值”的服务理念，奉行“唯才是用，唯德重用”的人才理念，致力于为客户量身定制出完美解决方案，满足高端市场高品质的需求。公司是一家集研发、生产、销售为一体的高新技术企业，专注于产品，致力于产品的设计与开发，各种生产流水线工艺的自动化智能化改造，为客户设计开发各种产品生产线。

公司建立完整的质量控制体系，贯穿于公司采购、研发、生产、仓储、销售等各环节，并制定了《产品开发控制程序》、《产品审核程序》、《产品检测控制程序》、等质量控制制度。

（二）公司经济效益分析

上一年度，xxx 科技发展公司实现营业收入 6782.25 万元，同比增长 33.29%（1693.95 万元）。其中，主营业业务氢燃料电池生产及销

售收入为 6438.02 万元，占营业总收入的 94.92%。

上年度主要经济指标

序号 项目 第一季度 第二季度 第三季度 第四季度 合计 1

营业收入

1424.27

1899.03

1763.38

1695.56

6782.25

主营业务收入

1351.98

1802.65

1673.89

1609.51

6438.02

2.1

氢燃料电池(A)

446.15

594.87

552.38

531.14

2124.55

2.2

氢燃料电池(B)

310.96

414.61

384.99

370.19

1480.74

2.3

氢燃料电池(C)

229.84

306.45

284.56

273.62

1094.46

2.4

氢燃料电池(D)

162.24

216.32

200.87

193.14

772.56

2.5

氢燃料电池(E)

108.16

144.21

133.91

128.76

515.04

2.6

氢燃料电池(F)

67.60

90.13

83.69

80.48

321.90

2.7

氢燃料电池(...)

27.04

36.05

33.48

32.19

128.76

其他业务收入

72.29

96.38

89.50

86.06

344.23

根据初步统计测算，公司实现利润总额 1689.98 万元，较去年同期相比增长 399.21 万元，增长率 30.93%；实现净利润 1267.49 万元，较去年同期相比增长 174.83 万元，增长率 16.00%。

上年度主要经济指标

项目 单位 指标 完成营业收入

万元

6782.25

完成主营业务收入

万元

6438.02

主营业务收入占比

94.92%

营业收入增长率（同比）

33.29%

营业收入增长量（同比）

万元

1693.95

利润总额

万元

1689.98

利润总额增长率

30.93%

利润总额增长量

万元

399.21

净利润

万元

1267.49

净利润增长率

16.00%

净利润增长量

万元

174.83

投资利润率

54.74%

投资回报率

41.06%

财务内部收益率

23.46%

企业总资产

万元

9524.12

流动资产总额占比

万元

32.68%

流动资产总额

万元

3112.88

资产负债率

42.37%

二、氢燃料电池项目背景分析

燃料电池汽车是我国新能源汽车发展的主要技术路径之一。在《国家创新驱动发展战略纲要》《能源技术革命创新行动计划（2016年～2030 年）》《中国制造 2025》《汽车产业中长期发展规划》等国家级规划都明确了氢能与燃料电池产业的战略性地位，纷纷将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务，将氢燃料电池汽车列为重点支持领域。

我国的相关政策主要分为两方面，一方面是在燃料电池汽车方面，我国接连颁布了一系列燃料电池汽车相关的支持性政策，另一方面是积极参与氢能源的建设，在投资方面加大力度。

燃料电池汽车行业管理政策主要集中在投资、准入、积分等领域。其中，在投资领域，《外商投资产业指导目录（2017 年修订）》、《关于完善汽车投资项目管理的意见》、《汽车产业投资管理规定》等政策，明确并鼓励国内外厂商投资燃料电池汽车相关产业。

在准入领域，《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》、《鼓励进口技术和产品目录（2017 年版）》、《外商投资准入特别管理措施（负面清单）（2018 年版）》等，逐步放开了燃料电池汽车准入限制。

在积分领域，《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》等政策，明确燃料电池乘用车标准车型积分上限为 5 分。

我近年来国新能源汽车补贴加速退坡，但燃料电池汽车仍实施高额补贴且不退坡。2019 年 3 月，四部委发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，通知从 2019 年 3 月 26 日起实施，2019 年 3 月 26 日至 2019 年 6 月 25 日为过渡期。过渡期期间销售

上牌的燃料电池汽车按 2018 年对应标准的 0.8 倍补贴。目前过渡期已过，之后的燃料电池补贴政策尚未发布。

目前，出台的燃料电池汽车补贴政策中，以深圳、佛山禅城区和山西等地区的补贴比例最高，按照与中央 1：1 的比例补贴。此外，还有河南、六安、长治、佛山等地出台了加氢站基础设施建设补贴。

第三章

项目建设方案

一、产品规划

（一）产品放方案

项目产品主要从国家及地方产业发展政策、市场需求状况、资源供应情况、企业资金筹措能力、生产工艺技术水平的先进程度、项目经济效益及投资风险性等方面综合考虑确定。该项目主要产品为氢燃料电池，具体品种将根据市场需求状况进行必要的调整，各年生产纲领是根据人员及装备生产能力水平，并参考市场需求预测情况确定，同时，把产量和销量视为一致，本报告将按照初步产品方案进行测算，根据确定的产品方案和建设规模及预测的氢燃料电池产品价格根据市场情况，确定年产量为 xxx，预计年产值 10045.00 万元。

（二）营销策略

项目产品的市场需求是投资项目存在和发展的基础，市场需要量是根据分析项目产品市场容量、产品产量及其技术发展来进行预测；目前，我国各行业及各个领域对项目产品需求量很大，由于此类产品具有市场需求多样化、升级换代快的特点，所以项目产品的生产量满足不了市场要求，每年还需大量从外埠调入或国外进口，商品市场需

求高于产品制造发展速度，因此，项目产品具有广阔的潜在市场。

产品方案一览表

序号 产品名称 单位 年产量 年产值 1

氢燃料电池 A

单位

xx

4520.25

氢燃料电池 B

单位

xx

2511.25

氢燃料电池 C

单位

xx

1506.75

氢燃料电池 D

单位

xx

803.60

氢燃料电池 E

单位

xx

502.25

氢燃料电池 F

单位

xx

200.90

合计

单位

xxx

10045.00

二、建设规模

（一）用地规模

该项目总征地面积 10878.77平方米（折合约 16.31 亩），其中：净用地面积 10878.77平方米（红线范围折合约 16.31 亩）。项目规划总建筑面积 10987.56平方米，其中：规划建设主体工程 8543.17平方米，计容建筑面积 10987.56平方米；预计建筑工程投资 953.35 万元。

（二）设备购置

项目计划购置设备共计 78 台（套），设备购置费 1332.17 万元。

（三）产能规模

项目计划总投资 4463.20 万元；预计年实现营业收入 10045.00 万元。

第四章

项目选址说明

一、项目选址原则

项目建设区域以城市总体规划为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。项目建设方案力求在满足项目产品生产工艺、消防安全、环境保护卫生等要求的前提下尽量合并建筑；充分利用自然空间，坚决贯彻执行“十分珍惜和合理利用土地”的基本国策，因地制宜合理布置。

二、项目选址

该项目选址位于 xx 经济技术开发区。

园区是经省人民政府批准成立的省级经济园区，园区位于市区东侧。园区区域面积 80平方公里。经过十多年的开发建设，园区已建成了完善的工业基础设置和综合配套服务设施，创造了规范的法制环境，并已通过 ISO14000 环境管理体系认证。园区建有完善的服务体系，创业中心、项目服务中心、经贸局等可为各类企业提供周到细致的全面服务。优越的投资环境吸引了众多客商前来兴办企业，目前在园区注册的企业近3000 家，其中工业企业 2000 余家，外商投资企业 300 余

家。当地制定了一系列配套优惠政策，按照“精简、高效”的原则设置内部机构，对区内企业实行“一条龙”跟踪服务，具有了“小政府、大社会”，“小机构、大服务”的功能。几年来，高新区以引进高新技术项目为重点，形成了新材料、交通、环保设备、电子信息等为重点的产业框架。园区深入贯彻落实党中央、国务院和省委、省政府的决策部署，牢固树立和自觉践行创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念，坚持问题导向、底线思维，推进供给侧结构性改革，厚植优势、补齐短板，着力破除制约民间投资发展的体制机制障碍，提升行政服务效能，改善投资环境，强化要素保障，不断提升民营经济对需求变化的适应性和灵活性，推动经济发展向高中速、高中端转型，为高水平全面建成小康社会奠定坚实基础。

三、建设条件分析

项目承办单位现有资产运营优良，财务管理制度健全且完善，企业的资金雄厚，凭借优异的产品质量、严谨科学的管理和灵活通畅的销售网络，连年实现盈利，能够为项目建设提供充足的计划自筹资金。项目建设得到了当地人民政府和主管部门的高度重视，土地管理部门、规划管理部门、建设管理部门等提出了具体的实施方案与保障措施，并给予充分的肯定；其二，项目建设区域水、电、气等资源供给充足，可满足项目实施后正常生产之要求；其三，投资项目可依托项目建设地成熟的公用工程、辅助工程、储运设施等富余资源及丰富的劳动力资源、完善的社会化服务体系，从而加快项目建设进度，降低建设成本，节约项目投资，提高项目承办单位综合经济效益。项目承办单位自成立以来始终坚持“自主创新、自主研发”的理念，始终把提升创新能力作为企业竞争的最重要手段，因此，积累了一定的项目产品技术优势。项目承办单位在项目产品开发、设计、制造、检测等方面形成了一套完整的质量保证和管理体系，通过了 ISO9000 质量体系认证，赢得了用户的信赖和认可。

四、用地控制指标

投资项目占地税收产出率符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【2008】24 号）中规定的产品制造行业占地税收产出率≥150.00 万元/公顷的规定；同时，满足项目建设地确定的“占地税收产出率≥150.00 万元/公顷”的具体要求。投资项目占地产出收益率完全符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【2008】24 号）中规定的行业产品制造行业占地产出收益率≥5000.00 万元/公顷的规定；同时，满足项目建设地确定的“占地产出收益率≥6000.00 万元/公顷”的具体要求。投资项目土地综合利

用率 100.00%，完全符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【2008】24 号）中规定的产品制造行业土地综合利用率≥90.00%的规定；同时，满足项目建设地确定的“土地综合利用率≥95.00%”的具体要求。

五、用地总体要求

本期工程项目建设规划建筑系数 65.39%，建筑容积率 1.01，建设区域绿化覆盖率 6.78%，固定资产投资强度 187.32 万元/亩。

土建工程投资一览表

序号 项目 占地面积（㎡）

基底面积（㎡）

建筑面积（㎡）

计容面积（㎡）

投资（万元）

主体生产工程

5029.34

5029.34

8543.17

8543.17

815.39

1.1

主要生产车间

3017.60

3017.60

5125.90

5125.90

505.54

1.2

辅助生产车间

1609.39

1609.39

2733.81

2733.81

260.92

1.3

其他生产车间

402.35

402.35

495.50

495.50

48.92

仓储工程

1067.04

1067.04

1588.85

1588.85

110.29

2.1

成品贮存

266.76

266.76

397.21

397.21

27.57

2.2

原料仓储

554.86

554.86

826.20

826.20

57.35

2.3

辅助材料仓库

245.42

245.42

365.44

365.44

25.37

供配电工程

56.91

56.91

56.91

56.91

4.44

3.1

供配电室

56.91

56.91

56.91

56.91

4.44

给排水工程

65.45

65.45

65.45

65.45

3.98

4.1

给排水

65.45

65.45

65.45

65.45

3.98

服务性工程

675.79

675.79

675.79

675.79

46.91

5.1

办公用房

321.40

321.40

321.40

321.40

26.77

5.2

生活服务

354.39

354.39

354.39

354.39

27.17

消防及环保工程

190.65

190.65

190.65

190.65

14.89

6.1

消防环保工程

190.65

190.65

190.65

190.65

14.89

项目总图工程

28.45

28.45

28.45

28.45

-69.32

7.1

场地及道路硬化

1964.32

287.28

287.28

7.2

场区围墙

287.28

1964.32

1964.32

7.3

安全保卫室

28.45

28.45

28.45

28.45

绿化工程

764.72

26.77

合计

7113.63

10987.56

10987.56

953.35

六、节约用地措施

投资项目建设认真贯彻执行专业化生产的原则，除了主要生产过程和关键工序由项目承办单位实施外，其他附属商品采取外协（外购）的方式，从而减少重复建设，节约了资金、能源和土地资源。

七、总图布置方案

（一）平面布置总体设计原则

根据项目承办单位发展趋势，综合考虑工艺、土建、公用等各种技术因素，做到总图合理布置，达到“规划投资省、建设工期短、生产成本低、土地综合利用率高”的效果。按照建（构）筑物的生产性质和使用功能，项目总体设计根据物流关系将场区划分为生产区、办公生活区、公用设施区等三个功能区，要求功能分区明确，人流、物

流便捷流畅，生产工艺流程顺畅简捷；这样布置既能充分利用现有场地，有利于生产设施的联系，又有利于外部水、电、气等能源的接入，管线敷设短捷，相互联系方便。

（二）主要工程布置设计要求

道路在项目建设场区内呈环状布置，拟采用城市型水泥混凝土路面结构形式，可以满足不同运输车辆行驶的功能要求。

（三）绿化设计

投资项目绿化的重点是场区周边、办公区及主要道路两侧的空地，美化的重点是办公区，场区周边以高大乔木为主，办公区以绿色草坪、花坛为主，道路两侧以观赏树木、绿篱、草坪为主，适当结合花坛和垂直绿化，起到环境保护与美观的作用，创造一个“环境优美、统一协调”的建筑空间。场区绿化设计要达到“营造严谨开放的交流环境，催人奋进的工作环境，舒适宜人的休闲环境，和谐统一的生态环境”之目的。

（四）辅助工程设计

1、消防水源采用低压制，同一时间内按火灾一次考虑，室内外均设环状消防管网，室外消火栓间距不大于 100.00 米，消火栓距道路边不大于 2.00 米。投资项目用水由项目建设地给水管网统一供给，规划

在场区内建设完善的给水管网，接入场区外部现有给水管网，即可保证项目的正常用水。

2、投资项目厂房排水方案采用室内悬吊管接入主管排至室外，室外排水采用暗沟、雨水井、检修井、下水管组成的排水系统。投资项目水源来自场界外的项目建设地市政供水管网，项目建设区现有给、排水系统设施完备可以满足投资项目使用要求。

3、车间电缆进户处要做重复接地，接地电阻小于 10.00 欧姆，其他特殊设备的工作接地电阻应按满足相应设备的接地电阻要求。

4、车间采用传统的热水循环取暖形式，其他厂房及办公室采用燃气辐射采暖形式。有空调要求的办公室和生活间夏季设置空调，空调温度范围要求为 26.00℃-28.00℃，空调设备采用分体式空调控制器。项目承办单位设计提供监控系统的基本要求和配置；选用系统设备时，各配套设备的性能及技术要求应协调一致，系统配置的详细清单及安装、辅助材料待确定系统成套供货商后，按技术要求由成套厂商提供；系统应由资信地位可靠、具有相关资质、有一定业绩、服务良好、具有现场安装调试、开车运行经验、能做到“交钥匙”工程的成套厂商配套供货，并应对项目承办单位操作人员进行相关的技术培训。

八、运输组成

（一）运输组成总体设计

1、项目建设规划区内部和外部运输做到物料流向合理，场内部和外部运输、接卸、贮存形成完整的、连续的工作系统，尽量使场内、外的运输与车间内部运输密切结合统一考虑。

2、外部运输和内部运输可采用送货制；采用合适的运输方式和运输路线，使企业的物流组成达到合理优化；把企业的组成内部从原材料输入、产品外运以及车间与车间、车间与仓库、车间内部各工序之间的物料流动都作为整体系统进行物流系统设计，使全场物料运输形成有机的整体。

（二）场内运输

1、场内运输系统的设计要注意物料支撑状态的选择，尽量做到物料不落地，使之有利于搬运；运输线路的布置，应尽量减少货流与人流相交叉，以保证运输的安全。

2、场内运输主要为原材料的卸车进库；生产过程中原材料、半成品和成品的转运，以及成品的装车外运；场内运输由装载机、叉车及胶轮车承担，其费用记入主车间设备配套费中，本期工程项目资源配置可满足场内运输的需求。

（三）场外运输

1、场外运输主要为原材料的供给以及产品的外运；产品的远距离运输由汽车或铁路运输解决，区域内社会运输力量充足，可满足本期工程项目场外远距离运输的需求。

2、短距离的运输任务将利用社会运力解决，基本可以满足各类运输需求，因此，本期工程项目不考虑增加汽车运输设备。

3、外部运输应尽量依托社会运输力量，从而减少固定资产投资；主要产成品、大宗原材料的运输，应避免多次倒运，从而降低运输成本且提高运输效率。

4、该项目所涉及的原辅材料的运入，成品的运出所需运输车辆，全部依托社会运输能力解决。

（四）运输方式

由于需要考虑氢燃料电池产品所涉及的原辅材料和成品的运输，运输需求量较大，初步考虑铁路运输与公路运输方式相结合的运输方式。

九、选址综合评价

拟建项目用地位置周围 5.00 千米以内没有地下矿藏、文物和历史文化遗址，项目建设不影响周围军事设施建设和使用，也不影响河道的防洪和排涝。综上所述，项目选址位在项目建设地工业项目占地规

划区，该区域地势平坦开阔，四周无污染源、自然景观及保护文物；供电、供水可靠，给、排水方便，而且，交通便利、通讯便捷、远离居民区；所以，从场址周围环境概况、资源和能源的利用情况以及对周围环境的影响分析，拟建工程的场址选择是科学合理的。

第五章

土建方案说明

一、建筑工程设计原则

项目承办单位本着“适用、安全、经济、美观”的原则并遵照国家建筑设计规范进行项目建筑工程设计；在满足投资项目生产工艺设备要求的前提下，力求布局合理、造型美观、色彩协调、施工方便，努力建设既有时代感又有地方特色的工业建筑群的新形象。项目承办单位本着“适用、安全、经济、美观”的原则并遵照国家建筑设计规范进行项目建筑工程设计；在满足投资项目生产工艺设备要求的前提下，力求布局合理、造型美观、色彩协调、施工方便，努力建设既有时代感又有地方特色的工业建筑群的新形象。

二、项目工程建设标准规范

1、《无障碍设计规范》

2、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》

3、《民用建筑设计通则》

4、《屋面工程技术规范》

5、《建筑工程抗震设防分类标准》

6、《地下工程防水技术规范》

7、《自动喷水灭火系统设计规范》

8、《建筑结构可靠度设计统一标准》

9、《汽车库、修车库、停车库设计防火规范》

10、《工业建筑防腐设计规范》

11、《动力机器基础设计规范》

12、《钢结构设计规范》

三、项目总平面设计要求

应留有发展或改、扩建余地。应有完整的绿化规划。功能分区合理，人流、车流、物流路线清楚，避免或减少交叉。建筑布局紧凑、交通便捷、管理方便。本次设计充分考虑现有设施布局及周边现状，力求设施联系密切浑然一体，总体上达到功能分区明确、布局合理、联系方便、互不干扰的效果。

四、建筑设计规范和标准

1、《砌体结构设计规范》

2、《建筑地基基础设计规范》

3、《建筑结构荷载规范》

4、《混凝土结构设计规范》

5、《建筑抗震设计规范》

6、《钢结构设计规范》

五、土建工程设计年限及安全等级

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）的规定，投资项目中所有建（构）筑物均按永久性建筑要求设计，使用年限为 50.00年。建筑结构的安全等级是根据建筑物结构破坏可能产生的后果（危及人的生命、造成经济损失）的严重性来划分的，本工程结构安全等级设计为Ⅰ级。

六、建筑工程设计总体要求

本项目设计必须认真执行国家的技术经济政策及现行的有关规范，根据国民经济发展的需要，按照市规划和环境保护等规划的要求，统筹安排、因地制宜，做到技术先进、经济合理、安全适用、功能齐全、确保建筑工程质量。该项目建筑设计及结构设计在满足生产工艺要求的前提下，尽量贯彻工业厂房联合化、露天化、结构轻型化原则，并注意因地制宜。对采光通风、保温隔热、防火、防腐、抗震等均按国家现行规范、规程和规定执行，努力做到场房设计保障安全、技术先进、经济合理、美观适用，同时方便施工、安装和维修。

七、土建工程建设指标

本期工程项目预计总建筑面积 10987.56平方米，其中：计容建筑面积 10987.56平方米，计划建筑工程投资 953.35 万元，占项目总投资的 21.36%。

第六章

项目工艺技术

一、项目建设期原辅材料供应情况

该氢燃料电池项目在施工期间所需的原辅材料主要是：钢材、木材、水泥和各种建筑及装饰材料，项目周边市场均有供货厂家（商户），能够满足项目建设的需求。

二、项目运营期原辅材料采购及管理

投资项目原料采购后应按质量（等级）要求贮存在原料仓库内，同时，对辅助材料购置的要求均为事先检验以保证辅助材料的质量和生产需要，不合格原材料不得进入公司仓库，应严把原材料质量关，确保生产质量。投资项目的成品及包装材料分别贮存于各分类仓库内；仓库应符合所存物品的存放条件、建立责任体系、保证存放安全；项目承办单位建立健全 ISO9000 质量管理和质量保证体系和检验手段，确保项目所需物品存储纳入这一体系统一管理。项目所需原料来源应稳定可靠，建成后应保证原料的质量和连续供应。

二、技术管理特点

项目产品流程化设计：在设计阶段引入 CAE 分析，避免过多的“设计―分析循环”，明显减少设计总费用和设计周期。产品的流程化设计包括从三维的几何造型设计、ANSYS 分析到产品实验，通过 CAD

和 CAE 的平滑过度双向互动，进而避免 CAD 与 CAE 的重复工作，提高设计效率，通过流程化控制提高设计制造质量的稳定性。投资项目项目产品制造质量控制将按 ISO9000 体系标准组织生产，从业务流程与组织结构等方面来确保产品各环节处于受控状态，同时，项目承办单位推行精益生产（JIT、LEAN）、供应商库存管理（VMI）、全面质量管理（TQM）等先进的管理手段和管理技术。项目产品制造执行系统（MES）：制造执行系统的作用是在项目承办单位信息系统中承上启下，在生产过程与管理之间架起了一座信息沟通的桥梁，对生产过程进行及时响应，使用准确的数据对生产过程进行控制和调整。

三、项目工艺技术设计方案

（一）工艺技术方案要求

对于项目产品生产技术方案的选用，遵循“技术上先进可行，经济上合理有利，综合利用资源”的进步原则，采用先进的集散型控制系统，由计算机统一控制整个生产线的各工艺参数，使产品质量稳定在高水平上，同时可降低物料的消耗。对于项目产品生产技术方案的选用，遵循“技术上先进可行，经济上合理有利，综合利用资源”的进步原则，采用先进的集散型控制系统，由计算机统一控制整个生产线的各工艺参数，使产品质量稳定在高水平上，同时可降低物料的消

耗。积极采用新技术、新工艺和高效率专用设备，使用高质量的原辅材料，稳定和提高产品质量，制造高附加值的产品，提高项目承办单位市场竞争能力。

（二）项目技术优势分析

四、设备选型方案

以甄选优质供应商为原则；选择设备交货期应满足工程进度的需要，售后服务好、安装调试及时、可靠并能及时提供备品备件的设备生产厂家，力求减少项目投资，最大限度地降低投资风险；投资项目主要工艺设备及仪器基本上采用国产设备，选用生产设备厂家具有国内一流技术装备，企业管理科学达到国际认证标准要求。工艺装备以专用设备为主，必须达到技术先进、性能可靠、性能价格比合理，使项目承办单位能够以合理的投资获得生产高质量项目产品的生产设备；对生产设备进行合理配置，充分发挥各类设备的最佳技术水平；在满足生产工艺要求的前提下，力求经济合理；充分考虑设备的正常运转费用，以保证在生产相关行业相同产品时，能够保持最低的生产成本。

项目拟选购国内先进的关键工艺设备和国内外先进的检测设备，预计购置安装主要设备共计 78 台（套），设备购置费 1332.17 万元。

第七章

项目环境影响分析

创建绿色工厂，按照厂房集约化、原料无害化、生产洁净化、废物资源化、能源低碳化的原则分类创建绿色工厂。引导企业按照绿色工厂建设标准建造、改造和管理厂房，集约利用厂区。鼓励企业使用清洁原料，对各种物料严格分选、分别堆放，避免污染。优先选用先进的清洁生产技术和高效末端治理装备，推动水、气、固体污染物资源化和无害化利用，降低厂界环境噪声、振动以及污染物排放，营造良好的职业卫生环境。采用电热联供、电热冷联供等技术提高工厂一次能源利用率，设置余热回收系统，有效利用工艺过程和设备产生的余（废）热。提高工厂清洁和可再生能源的使用比例，建设厂区光伏电站、储能系统、智能微电网和能管中心。绿色发展、循环发展、低碳发展是相辅相成的，相互促进的，可构成一个有机整体。绿色化是发展的新要求和转型主线，循环是提高资源效率的途径，低碳是能源战略调整的目标。从内涵看，绿色发展更为宽泛，涵盖循环发展和低碳发展的核心内容，循环发展、低碳发展则是绿色发展的重要路径和形式，因此，可以用绿色化来统一表述。

一、建设区域环境质量现状

投资项目建设地点―项目建设地主要大气污染物为二氧化硫、二氧化碳和 PM10，根据当地环境监测部门连续 5.00 天监测数据显示，项目建设区域监测到的二氧化硫、PM10 和二氧化碳浓度较低，达到《环境空气质量标准》Ⅱ级标准要求，未出现超标现象，环境空气质量本底值较好。投资项目建设地点―项目建设地主要大气污染物为二氧化硫、二氧化碳和 PM10，根据当地环境监测部门连续 5.00 天监测数据显示，项目建设区域监测到的二氧化硫、PM10 和二氧化碳浓度较低，达到《环境空气质量标准》Ⅱ级标准要求，未出现超标现象，环境空气质量本底值较好。项目建设区域 CODcr、BOD5、氨氮值浓度均不超标，CODcr 质量指数在 0.43-0.50 之间，BOD5 质量指数在 0.29-0.32 之间，氨氮质量指数在 0.26-0.27 之间，硫化物未检出，由此可见，项目建设区域地表水环境质量标准执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准。

二、建设期环境保护

（一）建设期大气环境影响防治对策

对施工场地、施工道路应适时洒水、清扫，在施工场地每天洒水抑尘作业四至五次，可使扬尘造成的 TSP 污染距离减小到 30.00 米以内范围。

（二）建设期噪声环境影响防治对策

项目建设承包单位应加强施工管理，合理安排施工作业时间，午间（12:00-14:00）及晚间（22:00-6:00）严禁高噪设备施工，降低人为噪声，合理布局施工现场，严格按照施工噪声管理的有关规定执行，在施工过程中，施工单位应严格执行《建筑施工场界噪声限值》（GB12523）中的有关规定，避免施工噪声扰民事件的发生。施工噪声是居民特别敏感的污染源之一，根据目前的机械制造水平，它即不可避免又不能从根本上采取噪声控制措施予以消除，只能通过加强施工产噪设备的管理，以减轻施工噪声对周围环境的影响；通过以上计算结果表明，在施工过程中高噪机械产生的噪声影响范围昼间为 45.00米-120.00 米、夜间为 140.00 米-350.00 米，项目所处位置为区域环境噪声的Ⅱ类区

（三）建设期水环境影响防治对策

施工现场因地制宜建造沉淀池、隔油池等污水临时处理设施，对含油量较高的施工机械冲洗水或悬浮物含量较高的其他施工废水需经处理后方可排放；砂浆、石灰等废液宜集中处理，干燥后与固体废弃物一起处置。施工单位应设置临时厕所等生活设施；施工人员生活所产生的少量生活废水，主要污染物是：COD、氨氮、SS 等，生活废水经

临时化粪池处理，达到《污水综合排放标准》（GB8978）Ⅱ级标准后排入附近的水体，对受纳水体的水质影响较小。

（四）建设期固体废弃物环境影响防治 对策

施工单位在开工前，应当与当地环境卫生行政主管部门签订环境卫生责任书，对施工过程中产生的渣土和各类建筑垃圾应当及时清理，保持施工现场整洁；在建设期间，应认真核实土石方量避免多余弃土，多余废弃物和弃土必须及时清运，以免影响周围环境。

（五）建设期生态环境保护措施

燃料电池组件材料市场与开发 第3篇

关键词：燃料电池,组件材料,市场,催化剂,极板和电极,电解质材料,膜材料

1 市场

据BCC公司于2011年7月6日发布的报告, 燃料电池材料质子交换膜 (PEM) 和膜电极组件 (MEA) 所用材料的市场, 复合年增长率为20.6%, 将从2010年3.83亿美元增长至2015年9.77亿美元, 见图1[1]。

全球质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 的MEA市场由四个部分组成:膜, 油墨和催化剂, 双极板/收集器, 以及气相扩散层 (GDL) 和碳。

BCC公司认为膜部分的市场假定复合年增长率为16.2%, 则从2010年2亿美元增长到2015年4.24亿美元。

油墨和催化剂部分的市场复合年增长率为28%, 将从2010年1.03亿美元增长到2015年3.54亿美元。

双极板/收集器部分的市场复合年增长率为21.1%, 将从2010年5000万美元增长到2015年1.30亿美元。

BCC公司预计, 气相扩散层 (GDL) 和碳部分的市场复合年增长率为18.1%, 将从2010年3000万美元增长到2015年6900万美元。

苏威公司宣布, 已在比利时安特卫普的SolVin公司装置中成功投用了1MW的产业化验证燃料电池, 这是世界上最大的燃料电池。该燃料电池在约800h操作中产生了超过500MWh的电力[2]。

2 催化剂

美国宾夕法尼亚大学的研究人员合成了锰铂 (Mn-Pt) 纳米立方块, 与其球形朴构型相比, 具有更好的电催化性能。图2示出Mn-Pt纳米立方块 (A) 的透射电镜 (TEM) 图像。含有锰和铂的合金PEM环境中可提供较廉价、有较高活性的催化剂[3]。

美国康奈尔 (Cornell) 大学已开发出新的高稳定性和耐CO的铂/钛钨氧化物阳极电催化剂, 可应用于PEM燃料电池。铂目前是被选用的催化剂。其他研究表明, 铂族金属氧化物, 特别是钨, 表现出有大的CO耐受性。但是, 钨的缺点是电子电导率低。为解决此问题, Hector Abru1a博士带领的康奈尔团队转向使用TiO2, TiO2被用在燃料电池中作为催化剂载体。与Pt/C和PtRu/C催化剂相比, 新的材料也表现出, 对于H2氧化仍有高的活性, 以及有较高的CO耐受性, 见图3。这一工作得到美国能源部和能源材料中心的支持[4]。

贵金属铂在驱动汽车燃料电池反应中起到重要作用。铂是电池技术中最昂贵的组分。美国能源部 (DOE) 布鲁克海文 (Brookhaven) 国家实验室的科学家宣布, 已经开发出一种新的电催化剂, 这种新的电催化剂使用铂的单一层, 并可最大限度地减少其磨损, 同时在测试过程中, 可保持高度的活性水平, 可以大大提高燃料电池汽车的实用性, 也可以用于改善其他金属催化剂的性能。新设计的催化剂是由单一的铂层包绕钯 (或钯-金合金) 纳米颗粒核心组成。它们的结构已由在布鲁克海文国家实验室的功能纳米材料研究中心和国家同步辐射光源中心进行了表征, 见图4[5]。

阻碍聚合物交换膜燃料电池 (PEMFCs) 广泛应用的最大因素之一是铂金属高的价格, 为使燃料电池中的还原-氧化化学加以催化, 需要铂金属。在推进减少铂含量的进程中, 美国佛罗里达州立大学的研究人员验证了聚合物交换膜燃料电池 (PEMFCs) 中由碳纳米管支撑的铂催化剂的有效性能, 其使用的铂金属比常规燃料电池要少一半。Jim Zheng及其合作伙伴开发了双层碳纳米管 (CNT) 和碳纤维膜, 用以支撑铂纳米颗粒作为催化剂材料。交叉织物型碳纳米管 (CNT) 形成了高度多孔和导电的三维网络, 在其上涂复以铂纳米颗粒。因为该纳米颗粒大多分布在膜的易接近的外表面上, 为此铂的利用率可超过90%, 而常规的燃料电池膜, 在该反应中该催化剂表面颗粒只有40%。佛罗里达州立大学的研究团队开发的聚合物交换膜燃料电池 (PEMFCs) 载铂量为0.2 mg/cm2, 而常规的燃料电池膜为0.45mg/cm2。该研究团队已从这种燃料电池产生电力输出达0.88 W/cm2, 接近于美国能源部设定的2015年目标1.0 W/cm2。

Ulster大学纳米技术学院的科学家与Peking大学和Oxford大学的合作者开发出由还原石墨氧化物/铂为载体的电催化剂 (Pt/RGO) (见图5X射线光谱) , 可望使制造的燃料电池更高效和更耐一氧化碳 (CO) 毒害[6]。

这种新的电催化剂的设计可望成为改进燃料电池耐用性和避免使用高价双金属或三金属系统, 与商业上以碳为载体的Pt电催化剂相比, Pt/RGO显示出极好的耐CO毒化性能, 有高的电化学活性表面以及对于甲醇氧化反应有高的催化活性, 验证表明, 上述性能分别提高110%、1345和60%。

将化学能直接转化为电能的燃料电池系通过电化学将燃料分解为氢, 或考虑使用甲醇作为驱动汽车和便携式设施有前途的燃料电池新方法。

迄今, 减少毒化的重要途径是将铂与其他高价金属如Ru、Pd或Au合金化。研究人员发现了一种很少昂贵的解决方亲。创建了能更耐CO的催化剂系统, 将铂的纳米结晶沉积在石墨氧化物的载体材料上, 并使它稍加还原以增加其导电性。研究人员使用了简单、可放大的和快速微波途径, 具有可还原石墨氧化物 (RGO) 和同时又能形成铂纳米颗粒的优点。为了测试Pt/RGO的活性, 研究团队观察了甲醇的氧化。研究表明, 新的材料显示出极好的耐CO毒化性征, 与商业上使用的碳载体Pt (Pt/C) 电催化剂相比, 具有更好的长期稳定性和较高的电催化活性。

氢燃料电池产生电流的同时只生成水, 非常环保, 但由于其产生电流的化学过程必须使用大量的催化剂, 因此氢燃料电池造价一直很高。德国柏林工业大学与美国科学家共同研发出一种新型铂合金, 以它作为催化剂可将氢燃料电池的成本降低80%。研究人员首先将铂与铜混合, 然后再从铂铜合金中分离出部分铜, 由此得到直径仅为几纳米的球状铂铜合金。这种球状铂铜合金的特点是, 内部是较廉价的铜, 铂原子主要分布在合金表面, 这极大减少了铂的使用量。同时, 由于合金表面铂原子的排列密度比普通铂要紧密得多, 这种新型催化剂的催化效果较好。

美国能源部西北太平洋国家实验室、普林斯顿大学以及华盛顿州立大学普尔曼分校的研究人员将石墨烯与金属氧化物纳米粒子混合, 研发出一种纳米粒子石墨烯复合燃料电池催化剂。该复合材料比单独使用的石墨烯以及常用的活性碳具有更优良的耐用性, 稳定性和耐腐蚀性[7]。

耶鲁大学工程与应用科学学院利用新型材料制成的纳米线, 研制出新型的燃料电池催化剂体系, 在持久性效能方面是当前技术的2.4倍。研究人员已测试了应用于乙醇燃料电池 (包括乙醇和甲醇作为燃料来源) 的催化剂系统, 未来还可用于其他类型的燃料电池, 如便携式电子设备、笔记本电脑、手机以及远程传感器等[8]。

美国已开发出无铂的燃料电池催化剂。该阴极催化剂基于碳, 部分由聚苯胺衍生, 并使用铁和钴金属替代对铂的依赖。研究人员发现, 含有该催化剂的燃料电池产生的电流可与含Pt的燃料电池相比拟, 并有助于提升重复充放电循环的效率[9]。

芬兰Aalto大学开发出一种能降低燃料电池制造成本的新方法, 通过采用原子层沉积 (ALD) 法制取纳米粒子催化剂, 使得燃料电池的阳极催化剂覆盖层可比以前薄得多, 催化剂需要量减少60%, 可以显著降低成本, 提高质量[10]。

美国罗格斯州立大学和比利时安特卫普大学的学者们发现, 常见的锂离子电池正极材料钴酸锂能够降低水分解所需的过电位并具有很高的工作电流密度, 加之储量大、易加工、稳定性好, 有望取代目前昂贵的贵金属氧化物IrO2和RuO2, 用作电解水和太阳能驱动燃料电池的工业催化剂[11]。

美国斯坦福大学由戴宏杰 (Hongjie Dai) 博士已经验证了“部分解压缩的”碳纳米管在酸性和碱性溶液中具有氧还原电催化剂的能力。这项工作成果可望成为应用于燃料电池和金属-空气电池使用铂的较低成本的替代品, 见图6。

斯坦福大学的研究也解决了有关发生氧反应的催化活性中心化学结构的长期科学争议问题[12]。

康奈尔大学能源材料中心 (EMC) 研究团队正在开发帯有富铂外壳的铂-钴纳米颗拉, 在燃料电池的应用中, 它对氧还原反应显示出改善的催化活性。大大提高活性和稳定性并降低成本。一类新的铂-钴纳米催化剂由有序的Pt 3Co金属间的内核与2-3个原子层厚度的铂金外壳组成, 与帶有无序的Pt 3Co合金纳米颗拉以及Pt/C相比, 表现出质量活性有超过200%的增长, 比活性有超过300%的增长[13]。

大连化物所实现室温条件下的分子氧高效活化, 从而高效去除燃料氢气中的微量CO (一氧化碳) 。该成果可应用于低温催化脱除CO和甲醇的选择氧化等反应, 促进石油和化工等行业的节能减排。

中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室博士邓德会、研究员潘秀莲、院士包信和等与洁净能源国家实验室燃料电池研究部合作, 首次完成用铁替代燃料电池催化剂中贵金属的实验。然而, 该类燃料电池需要大量的贵金属, 如铂、钯、钌等作为催化剂, 进而影响了其大规模应用[14]。

美国康涅狄格大学使用掺杂锡的氧化铟 (ITO) 纳米颗粒 (NPs) 新的催化材料可作为铂 (Pt) 纳米颗粒 (NPs) 高稳定性的非碳载体, 非常有前途可用于下一代质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 催化剂。图7示明对于Pt/ITO和Pt/C, 可逆氢电极 (RHE) 的质量活性和比活性[15]。

美国能源部 (DOE) 西北太平洋国家实验室 (PNNL) 已经开发出一种新的生物仿生催化剂, 这是将氢气直接用于发电的第一个铁基催化剂。该催化剂可望支持更实用的燃料电池的应用[16]。

3 极板和电极

美国Bac 2公司推出其改进型的ElectroPhen材料, 可应用于生产模塑的燃料电池双极板。称之为EP1109的新材料开发可用于直接甲醇燃料电池的操作中。在低温质子交换膜 (PEM) 燃料电池的测试中表明, 使用EP 1109可使单一电池有较高的输出电压, 并且可使稳态电池电压具有较长期地保持的特征[17]。

日本Toho Tenax公司是帝人集团从事碳纤维业务的主要公司, 该公司将使碳纤维织物制造的气体扩散层 (GDL) 推向商业化, 以用作燃料电池的电极组分。GDL是燃料电池电极的主要成分, 燃料电池供应氢气和氧气, 而收集产生的电子, 并藉助于膜排出产生的水。GDL必须能导电和渗透水。织物型GDL (图8-a) 与常用的纸型GDL相比, 有较好的柔性和强度, 纸型GDL由碳纤维板用树脂或其他材料浸渍 (图8-b) 而成。采用新的织物结构, 转绕加工可在高速下进行, 可减少使用成本。

合肥学院化学与材料工程系研究团队完成的“固体氧化物燃料电池密封材料及电池堆技术的研究”项目, 成功通过安徽省科技厅鉴定, 该技术可为新能源汽车等提供零污染的“燃料电池”。此成果在密封和连接板材料的成分设计上具有创新性, 材料与连接板有优异的热匹配性能, 并由上述材料构建的平板固体氧化物燃料电池堆可在热循环条件下运行发电, 在电池堆的制备技术方面处于国内先进水平[18]。

4 电解质材料

日本材料料学国家研究院成功开发2种类型新材料, 可满足固体氧化物燃料电池 (SOFC) 电解质所有的3种要求:高的离子传导性、化学稳定性和烧结性。图9为燃料电池测试情况。

SOFC的工作温度可降低至低于700℃, 这是这类设施广泛实用所必须的。被钇掺杂的钡锆酸盐 (BZY) 现已被考虑作为SOFC中常规使用的氧离子传导体电解质的替代品, 因为它在低温下拥有较高的质子传导性。采用这种电解质膜的燃料电池表明, 对于BZY-基电解质, 最大的燃料电池性能在600℃下可达0.169 W/cm2。采用这种方法制取的BZY膜表明有极好的化学品稳定性, 有潜力可长期使用。这2种材料有希望作为SOFC在中等温度范围内 (500~650℃) 工作的电解质材料, 可减少SOFC的组装和操作费用, 因而可加速推向商业化[19]。

5 膜材料

美国研究人员正在开发新的纳米膜反应器, 以应用于直接燃料电池的蒸气-甲烷/烃重整和水气变換反应。

燃料电池是目前很多专家认准的方向, 不少国际巨头也在该领域发力。由于启动快速、负载响应快, 质子交换膜燃料电池成为了燃料电池技术的代表, 其核心就是那一张膜。性能优异的原材料产业化是燃料电池产业化的关键。质子交换膜生产技术一直为美国和日本所垄断, 国内企业多采用美国杜邦公司产品。科研人员希望研究出增强、自增湿、在中温120℃左右工作的复合质子交换膜。

2010年以来, 山东东岳集团自主研发的燃料电池膜实现国产化, 打破了国外垄断, 同时其500t/a的燃料电池磺酸树脂离子膜装置建成投产;武汉理工大学承担的质子交换膜研究开发课题取得突破性进展, 采用独特制备工艺与树脂末端修饰技术, 使复合膜气体渗透性大大降低, 质子传导率和耐久性明显提高[20]。

参考文献

浅谈燃料电池原理及实现和改进 第4篇

关键词：燃料电池 工作原理 比较分析

一、燃料电池基本工作原理

按一般电池的表示方法，燃料电池可表示为Re/电解质/Ox式中，Re表示氢，肼，烃，CO等活性还原剂。Ox表示氧，过氧化氢等氧化剂；电解质为用氢氧化钾溶液，浓磷酸溶液，离子交换膜，熔融碳酸盐等。

由于燃料电池的基本性能对电站设计起重要作用，故首先对其进行必要的讨论。电池有两大基本性能参数：1.发电能量2.开路电压。现分别分析如下：

（1）最大发电能量

根据化学热力学知，对以可逆定温反应的燃料电池，设?和?稳定流入系统，而?从系统稳定流出，忽略动能和位能变化。则此燃料电池在标准状态下对外做的最大有用功为：最大可发出237146kJ的电能。

（2）开路电压

一般电池电动势等于组成电池的两个电极的平衡电极电相位差。单个燃料电池电压很低，实际生产中要采用多个电池串连的电堆（Stack）的方式；2.提高反应温度T和反应气体压力可提高输出电压，从而提高电池性能，这对后面的设计有重要的指导作用。下面讨论燃料电池的效率问题：燃料电池的理想效率就是燃料电池在保持电动势E值的情况下做功，即以无限小的电流做功的理想值。据前面的叙述，其最大值为：

当T=427时＝0.852,可见，温度的提高可使变大。燃料电池工作时由于内电阻和极化等原因，一部分能量转化为热能而耗散掉，使实际电压V小于理论值E，定义电压效率，则燃料电池的实际热效率,同时燃料电池发电系统的效率还包括燃料处理装置和逆变器的效率和余热利用。

其中底循环（Bottoming Cycle）为余热或未反应的尾气供燃气轮机和蒸汽轮机发电，供热是将余热用于采暖，实现热电联产。由此可见，充分利用底循环可有效提高总体效率。這也是后面改进的一大方向。

目前我国的电力供应以煤为主要燃料，效率低，污染大。为了改变现状，迫切需要发展新型绿色能源，而燃料电池大家族中的一员——MCFC熔融碳酸盐型燃料电池无疑是最佳选择。可见要提高开路电压，必须提高和之入口分压及反应温度。同时电池本体效率（非总体效率）。如认为每消耗1mol释放1.930电量，则T=1000K时则可见燃料电池效率与单体电压E成正比，E变大则变大。可见，只有提高反应温度和压力，才可使E提高，从而效率也提高。

综上所述,提高压力和温度是提高发电性能和效率的主要手段。MCFC的高效率也正是因为其1000K的反应温度和3atm以上的工作压力。可是，为了维持如此的燃料气进口压力和温度，需要压气机做功，并且预支大量的热量。这些能量从何而来最经济反应后的高温高压尾气含有大量热值很高的氢气，该如何利用煤气化是当前方兴未艾的新技术，如何把它用于MCFC发电厂

二、MCFC发电厂与普通电厂的比较

针对以上问题，笔者设想了下面的煤气化MCFC联合发电厂。为了便于定量分析，一些细节问题图中已做了简化，并且设想了可能的参数。

设想的燃料电池发电厂基本发电过程如下：首先将煤与593，5atm的水蒸汽在高温下反应，生成900的汽，再经过换热器后脱硫（除去,防止催化剂中毒），最后温度降为进入燃料电池阳极，反应后之剩余气体中含和未反应的，经过分离器B后分为两路，分离的水蒸汽凝结成的水后经换热器温度升为，重新进入燃料转换器与C反应。分离之可用于燃气——蒸汽联合循环的空气经压气机压力上升，后经换热器，温度升为进入阴极反应，并将反应中电池内阻产生的热带出，反应后之气体进入透平做功，做的功一部分推动压气机给电池阴极提供高压空气，一部分驱动发电机发电。从阳极排出的尾气因含有大量未反应的氢气故首先经分离器分离为76度的水和富氢气体，水用于煤气化，充分节约了发电用水，而氢气则用于燃气——蒸汽联合循环。

这套装置有以下几大特点：1）利用煤气化的热量。在燃料转换器中之反应。装置中将该热量通过换热器加热水蒸气，避免了额外支出能量。2）利用反应后阴极的剩余尾气带出反应中电池产生的欧姆热，推动透平做功，发电的同时带动压气机为阴极提供高压燃气。3）把未反应完的富氢阳极尾气分离出水后送至燃气蒸气联合循环系统发电。4）部分最终的尾气可用于厂区的空气调节。5）由于技术限制，在C中对煤气进行脱硫处理时，温度不可太高。故利用换热器E1,E2对进出脱硫装置的气体进行降温升温处理，充分节约了能量。

当使用透平作为联合循环后，燃料电池发电系统总效率有明显提高，整个电站向外输电功率为827＋4400＝5227kW为5.2兆瓦级电站。为了全面地将设想的燃料电池发电厂和普通火力发电厂进行效率比较，需考虑煤气化的效率。考虑透平，锅炉和发电机的实际效率后，普通电厂的发电耗煤率平均约为320g/kWh,总效率约为40％。无论效率还是耗煤量MCFC电厂都远远优于普通火力电厂，消耗单位质量标准煤MCFC电厂发电量是普通火力电站的320/130=2.46倍，燃料电池大规模发电的优越性可见一斑。

三、经济性分析

最后，我们再从经济角度分析该套装置的可行性。燃料电池联合循环的经济性分析以装置的单位发电成本价格为标准。装置的年总投资费用为PE:PE=CAP+M+OM；M=FH（式中：CAP装置总资本的年消耗额；M燃料的年消耗；C装置总资本；F燃料能量的消耗率；OM装置运行和维护的年费用；燃料单位能量的价格；H装置的年运行小时数）可得出单位发电价格。（式中：W装置的发电功率)。

四、结束语

对比上述改进后的燃料电池联合循环和普通发电装置的单位发电价格，燃料电池联合循环由于结合了多项新技术，初期建设的一次性投资大，故CAP项的值较大，可据前面单位发电耗煤量的比较计算可知其M项的值较小；普通发电装置中CAP项的值较小，而M项对应值则大得多。同时，由于燃料电池发电运行稳定，日常维护费用OM低,且由于尾气中无粉尘,等污染物，故不需要高昂的尾气净化费用。因此，燃料电池联合循环的优点就在于其装置循环的效率高，原料的消耗较小，日常运行费用低，但初期投资高是其一大问题。

燃料电池联合循环的运行稳定性同样对整个运营效率也有很大贡献，因为普通发电启停一次要耗电能折合标准煤120～150吨，停运次数增加，加之启动成功率的影响，年均消耗的燃料就要多，最终造成全年平均燃料消耗率偏高。而燃料电池发电由于无大型旋转机械，故障率低，可以连续稳定运转，H值远高于普通发电，导致?降低，故有很大的经济应用前景。

参考文献

【1】工程热力学题型分析（第二版），朱明善 刘颖 史琳，清华大学出版社，2000，4

【2】电工高新技术丛书（第一分册），中国电工技术学会，机械工业出版社，2000，4

【3】新电池读本，（日）吉泽四郎等，化学工业出版社，1987；

插电式燃料电池轿车的建模与仿真 第5篇

简述了插电式燃料电池轿车的结构,重点介绍其各主要部件的模型结构和建模原理,最后在Matlab平台上将所建的.整车模型与整车控制策略模型进行联合仿真,仿真分析结果验证了整车模型的正确性和整车控制策略的有效性.

作 者：寇改红 何彬 刘奋 王松 Kou Gaihong He Bin Liu Fen Wang Song 作者单位：寇改红,何彬,刘奋,Kou Gaihong,He Bin,Liu Fen(上海汽车集团股份有限公司)

王松,Wang Song(上海大众汽车有限公司)

燃料电池原理与材料 第6篇

电极：惰性电极;燃料包含：H2;烃如：CH4;醇如：C2H5OH等。

电解质包含：①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液;②碱性电解质溶液如：NaOH溶液;③熔融氧化物如：Y2O3;④熔融碳酸盐如：K2CO3等。 本文来自化学自习室!

第一步：写出电池总反应式

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。 本文来自化学自习室!

如氢氧燃料电池的总反应为：2H2+O2=2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应为：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①式+②式得燃料电池总反应为：

CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O 本文来自化学自习室!

本文来自化学自习室!

第二步：写出电池的正极反应式 本文来自化学自习室!

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：

(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：

O2+4H++4e-=2H2O

(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：

O2+2H2O+4e-=4OH-

(3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式：

O2+4e-=O2-

(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：

O2+2CO2+4e-=2CO32- 。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式

电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式

故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。

以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：

1、酸性条件

燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①

燃料电池正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②

①-②×2，得燃料电池负极反应：

CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+

2、碱性条件

燃料电池总反应：

CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O①

燃料电池正极反应：

O2+2H2O+4e-=4OH-②

①-②×2，得燃料电池负极反应：

CH4+10OH--8e-=CO +7H2O

3、固体电解质(高温下能传导O2-) 本文来自化学自习室!

燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①

燃料电池正极反应：O2+4e-=2O2-②

①-②×2，得燃料电池负极反应：

CH4+O2--8e-=CO2+2H2O

4，熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下 本文来自化学自习室!

电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O。

正极电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32- 。 本文来自化学自习室!

电池总反应-正极电极反应式得负极反应式：

CH4+4CO32- -8e-=5CO2+2H2O

法二：“碳氢归属法”和“电荷守恒法”

碳氢归属法

根据碳氢元素的归属配平反应式：碳变成二氧化碳或是碳酸盐，氢变成水或氢离子或是氢氧根，还要考虑产物是否与电解质溶液反应。

如果有机燃料中还含有氧元素(如C2H5OH)，我们只需要这样处理：把C2H5OH分子式写成C2H4H2O，这样我们就可以把C2H5OH看成是C2H4，但在最后的电极反应式还需这样修改，酸性条件反应物中水少一分子，碱性条件生成物中水少一分子。

电荷守恒法