近些年美国日本对燃料电池有什么研究？

1. 近些年美国日本对燃料电池有什么研究？

美国是发展燃料电池最快的国家，到1990年时已有23台燃料电池机组在运行，总装机容量已达11万千瓦。美国发展燃料电池的技术重点是提高燃料利用率，降低燃料电池的生产费用和发电成本，并注重多途径开发技术。
1990年初，美国贝尔实验室采用制造半导体所用的类似技术研制成功了微芯片式燃料电池，它能将混合气体（煤气）做燃料直接转化成电，每公斤煤气可发电1千瓦。这种燃料电池是由一个不到5000亿分之一米厚的可渗透煤气的氧化铝薄膜夹在两个薄铂片之间组成。其优点是重量轻，成本低，充电方便，只需更换煤气胶囊。可取代目前使用的蓄电池和便携式发电器。美国西屋公司已建成磷酸型1500千瓦级的燃料电池电站，现正建造7500千瓦级的新电站。美国还开发成功3千瓦固体燃料电池，正在研制25千瓦级固体电池。
美国能源部最近又研制成功一种陶瓷燃料电池，这种电池是将液体或气体燃料放在两块波纹状陶瓷片里面，使燃料同氧化剂直接进行化学反应获得电能，因而它可不需要一般燃料电池所需的燃料箱。它同其他燃料电池相比，释放的功率高2倍，发电效率已达55％～60％。
日本对燃料电池的开发也比较早，从1961年日本富士电机公司开始研制，到1972年制成10千瓦的碱性电池，1973年又转入磷酸型电池开发，发展也很快。80年代初，日本就将发展燃料电池列入“月光计划”，1986年起在某些地区就已推广燃料电池发电。1991年5月12日，日本东京电力公司在千叶县五井发电厂成功地建成了目前世界上最大功率的磷酸型燃料电池发电装置，输出功率达1.1万千瓦。发电效率为41％。该燃料电池为磷酸水冷式，属第一代产品。据估算，这套燃料电池组进入实用阶段后，至少可满足5000户民用住宅的电力需求，因此，有人把它视为燃料电池步入商业化的第一步，具有较高开发价值。
1989年日本已建成200千瓦的这类电站，正着手建造4500千瓦级的电站。
第二代燃料电池是熔融碳酸盐燃料电池，也已进入工业试验阶段。日本已在30千瓦级水平上获得了成功。第三代燃料电池是固体电解质燃料电池，日本已在1千瓦级水平上试验成功。1991年末，日本各电力公司和城市燃气公司在大阪组成了磷酸型燃料电池发电技术研究合作社，计划在1991年底前建成功率为5000千瓦和1000千瓦的新型燃料电池，1992年，日、美又决定联合共同研制燃料电池，是以气化煤作燃料的加高压反应的类型，目标是在21世纪初，使30万千瓦级电池达到实用化。
日本政府已在实施一项长期的推进燃料电池计划，要在20世纪90年代初在商业区、医院、体育场所等部门大面积地使用燃料电池；90年代中、后期，在工业企业推广；21世纪初达到全国发电总量的13％，使燃料电池成为未来的重要新能源。目前正在筹建5000千瓦级燃料电池电站，能连续运行8000小时，动力效率为40％，混合热效率80％，预计2005年，日本将有1000万千瓦的燃料电池广泛应用于各个领域。
90年代初，日本还开始研制一种超微型“生物燃料电池”，它的原理同以氢为燃料的电池一样，但它是以人的血液中的葡萄糖为主要燃料的。它的主要用途是为人造胰脏器官提供动力，将其埋藏于病人体内。它可产生的最高电压估计为1.1伏特，电流强度为0.1安培。
专家们预测，随着燃料电池发电技术的进一步突破，作为新型电源供应系统，到21世纪中期，有可能取代火力发电，形成强大的燃料电池发电网络，成为重要的二次能源。

2. 美国是如何利用燃料电池的?

美国汉斯公司近日宣称，其在圣迭戈建设的13层、415,000平方英尺的大楼将成为美国最大燃料电池建筑。大楼结合了高性能建筑设计和直接沼气燃料电池，制造的电能足以应对整个建筑的用电量。大楼于今年4月启建，计划于2014年中期完工。
    大楼使用的燃料电池由Bloom Energy公司提供，年度发电量可达500万千瓦时，大约可为1,000个圣迭戈家庭提供所需电力。燃料电池使用的沼气将取自垃圾填埋场地和污水处理厂，并利用现有天然气管道系统运输。

3. 日本政府提出240亿美元提高电池竞争力，会给日本电池市场带来哪些影响？

我认为日本政府提供240亿美元的资金支持，能够有效促进日本电池市场的发展，同时也能够增强日本电池的市场竞争力，除此之外，也能够让日本电池打响品牌影响力。
由于新能源领域取得了不错的发展，使得很多国家都有了相当大的汽车电池使用需求，而日本如果能够大力发展自身的汽车电池技术，那么这对于日本的经济发展一定会带来相当大的帮助，为了实现这一点，日本政府才会为日本电池企业提供资金支持。
一、日本提供资金支持，能够有效促进日本电池市场的发展。虽然日本电池技术达到了相当出色的水平，但是由于缺少足够的资金支持，这导致日本电池企业缺少足够的竞争力。而在日本政府提供了充足资金之后，日本电池市场必定会有着相当大的发展，这对于日本电池企业扩大全球影响力，也必然会提供相当大的帮助。
二、日本政府提供资金支持，能够有效促进日本电池的市场竞争力。如果日本电池技术想要展现出极强的竞争力，那么不仅要在价格上占据优势，同时还要在技术方面展现出足够的先进性。而日本政府提供的资金支持，恰恰能够帮助日本电池技术完成更新换代，当日本电池技术完成更新换代之后，日本电池的市场竞争力必然会变得越来越大。
三、日本政府提供的资金支持，能够帮助日本电池打响品牌影响力。日本电池之所以会出现发展低迷的状态，就是因为日本电池没有及时打响品牌影响力，在新能源领域，日本电池的市场份额已经被其他国家快速挤占，如果日本政府不提供资金方面的支持，那么日本电池想要打响自身的品牌影响力，简直是一件不可能的事情。

4. 日本宣布停止氢燃料电池研究，为何日本放弃了氢燃料电池

      2018年，据《日本经济新闻》报道，日产宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发燃料电池车的计划，将力量集中于发展电动汽车。曾经受热捧的氢燃料电池技术在其大本营日本遭遇发展阻碍。      不止日本宣布停止氢燃料电池的研发，同一时间，福特汽车与戴姆勒位于不列颠哥伦比亚省本那比的燃料电池合资公司在2018年夏季关闭。不过，分分合合乃商家常事，那边各自忙着分手，这边奥迪和现代宣布达成专利交叉许可协议，将共同开发氢燃料电池汽车。      
      所谓的氢燃料是一种将氢气和氧气结合起来产生电力、水和热的电化学装置。其反应产生的废料除了微量的二氧化碳和氮氧化物外，主要是水。燃料电池的做功比氢气单纯燃烧的效率要高2-3倍，且安静无污染。看起来相比传统电池更环保、更有优势，但为何日本宣布停止氢燃料电池的研发呢？      
技术难      了解燃料电池电堆部件的人，对燃料电池“质子交换膜”的核心技术并不会陌生，然而截至目前，全球能够商业化供应氢燃料电池质子交换膜材料的公司除了美国杜邦，再无他家。日本境内也有一家公司同样可以生产，但出于众所周知的原因，这家公司拒绝对任何国家销售该产品。      
成本高      燃料电池车相对独立复杂的动力系统直接导致燃料电池车的成本增加。譬如丰田Mirai售价6.9万美元(折合人民币约45万元)，远高于其他动力形式的同级别车辆。根据数据显示，目前建成一座加氢能力大于200公斤的加氢站需要1000多万元，如此高昂的建设成本显然是加氢站快速发展的最大障碍。      此外，在目前技术条件下，氢燃料电池的催化剂是铂金。铂金全世界产量很低且价格昂贵(大概是黄金的2倍)，全球年产量约为两百吨，60%还被用作首饰材料。而且铂作为催化剂对氢气纯度要求较高，需要达到99.99%以上。      
安全性      燃料电池加氢的背后，需要一整套氢能源生产和运输网络作为支撑。氢气本身的安全问题、加注氢燃料时的安全及操作过程中的安全问题都需要解决好。普遍来说，加氢站储氢装置应该满足能承受高压、具备在线监测功能、发生危险自动报警、良好的经济性要求。显然，满足这些要求的加氢站在初期的建设成本不会低。      
      因此，尽管学界和产业界普遍认同氢燃料能将极大的丰富未来的能源体系，各国家、企业也都对燃料电池汽车市场抱有很大的热情和希望；但是不断清洁化的传统石化能源以及更多能源储备的发掘，都将为氢能的大规模利用带来不确定性，而且核心技术、车辆和加氢站的巨大成本、安全问题都是横跨在政府和企业面前的难题。综上，也不难理解日本放弃了氢燃料电池研发工作的原因。

5. 中国的废旧动力电池，正在为日本家庭供电

新能源汽车的动力电池回收用于家庭供电，并非单纯地出于环保。
按照丰田的新能源推广计划，今年下半年将会在日本市场上市首款纯电动汽车，一款单座或双座的微型纯电动车。不久前，日本媒体报道了一则更详细的信息：在这款微型纯电动车上，丰田将会采用可简单拆卸、用作储能装置的电池组。
这款微型纯电动汽车只用于日常短途通勤，续航里程约为100公里，因此配备的是小容量电池组。一旦电量衰减20%-30%，仅剩的续航里程甚至无法支持单日出行，就将被回收利用，作为家用储能系统的一部分。

新能源汽车的动力电池回收用于家庭供电，并非单纯地出于环保。2011年日本地震和核电站泄露事件之后，日本政府不得不重新思考日本的能源结构。
如果不是2011年的日本地震，日本在上世纪70年代确立的「核能立国」策略将会被持续实行并发挥重要作用。地震发生之前，核能已经占据日本能源结构的32%，地震之后迅速下降到3%，几乎所有核电站都被关闭。
作为曾经全球最大的石油消费国之一，经历了1973年和1979年两次世界石油危机的惨痛教训之后，日本不会再考虑石油燃料的使用比例。因此，可再生能源的开发变得尤为重要。光伏太阳能就是其中的主要发展路线。

光伏太阳能的增长非常快。日本的地貌特征不适合大规模太阳能发电站的建设，相反，却非常适合推广屋顶光伏产业，为了鼓励国民在住宅安装光伏太阳能板块，日本政府出台了一系列政策，比如允许家庭以固定价格将光伏太阳能的多余电量售卖给企业。
可再生能源的发展符合预期，2012年可再生能源提供的电力相当于两个中型核反应堆。而到了2014年，日本的光伏太阳能装机容量达到了20GW，发电量甚至已经超过了电网所能承受的最大限度。
然而，大量涌入的分布式太阳能无法及时消耗，同样会对电网管理带来压力。如何确保电网的安全稳定运行，优化电网的供电需求，成为了发展可再生能源之后又一个急需解决的议题。
这时候，家庭储能系统被提出。日本政府随之推出了一系列鼓励住宅使用储能设备的措施，最开始，日本政府留出了大约9830万美元的预算，为使用家庭储能设备的家庭和商户提供66%的费用补贴。而针对那些能够进行零能耗改造的房屋，中央及地方政府都会同时提供补贴。

基于这样的背景，日本是全球市场发展储能技术最快的国家之一。早在2016年，日本的储能系统就几乎全部用于电力输配领域。
可以看出，日本在储能技术领域的野心。为了加大发展储能系统，日本政府甚至计划到2020年，储能电池的生产量要达到全球的50%。汽车行业也被纳入这一项规划里。其中，电动车项目中动力电池的回收利用方向就会作为储能设备。
2018年，日本中部电力公司宣布与丰田汽车达成合作，主要内容就是回收丰田电动汽车(混动车和电动车)旧电池，建立一个大容量蓄电池系统。这是一个庞大的储能设备来源，从新能源汽车淘汰下来的动力电池虽然不能支持车辆供电与正常运作的需求，但是电量衰减之后的电池放在家庭用电中，依然可以提供5小时甚至更长的用电需要，使用寿命可以延续5年以上。
镍氢电池与锂电池同样适用，这类电池作为重要的家用储能装置，可以在用电闲时区间储存多余电量，在城市用电高峰时使用、甚至将电量重新输送回电网当中，在实现家庭内部自行解决能源消耗的同时，也能够起到很好的供需平衡的调节作用。

2020年，日本家用储能系统发展到了一个转折点。
为了鼓励日本国民加入到光伏太阳能的建设，日本经济产业省在2012年引进了固定价格收购制度，电力企业要按照国家规定的固定价格收购所有可再生能源电力。
不过，这项补贴制度在2019年底正式取消。市场预测，由于日本家庭在光伏太阳能发电中所得的多余电量将不能以固定价格收购，大量家庭会利用储能系统将多余电量存储起来，用于家庭消耗，以减少电费成本。因此，2020年之后，对家用储能设备的需求量将会大幅提高。
丰田新推出的微型纯电动汽车采用可拆卸电池组，也是考虑到未来日本家庭对储能设备的大量需要。

与此同时，日本市场也在中国寻求提供家用储能设备的合作伙伴。动力电池生产商是其中一个选择，比亚迪在很早前投入到储能系统的研发，并与日本企业展开了合作。而宁德时代也从去年开始与日本NER合作，生产面向日本住宅与企业的蓄电池，宁德时代负责提供电池单体，NER公司则负责组装。日本企业在中国寻求合作伙伴，主要的考虑是在电池生产中技术、产量与价格的优势。
另一条道路是与中国新能源汽车的合作。去年12月，日本丸红公司展开了与拜腾汽车的资本合作。日本媒体指出，丸红瞄准的是拜腾汽车进入市场销售之后，未来将产生大量的废旧电池，可以用作改造大型蓄电池。
比亚迪也是其中一个颇具代表性的企业。2020年开始，日本伊藤忠商事就将与比亚迪投资的普兰德储能开展废旧电池回收业务。按照计划，利用16-20套废旧车载电池组装成一个蓄电池，就能提供100户家庭一天所需的电力。

中国新能源汽车发展10年，大量的动力电池面临报废，它们成为了日本储能市场发展的目标。
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6. 科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事目的。一种甲醇燃

    (1) 2CH 3 OH+3O 2 ==2CO 2 +4H 2 O (2) 3O 2 +12H + +12e - == 6H 2 O； 2CH 3 OH+2H 2 O-12e - ==2CO 2 +12H +  (3)正； 负极(4)燃料电池减少了对空气的污染