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摘 要：本文基于现有技术和应用，讨论了50年后固定式PEFC的形态。自2009年商业化以来，家用热电联供系统ENE-FARM得到了广泛使用，已在日本交付超过25万台。目前也已开发出以氢为燃料的PEFC系统，可使用从可再生能源获得的氢。在50年后，随着质子交换膜和催化剂的开发，成本和工作温度的问题将得到有效解决。固定式PEFC系统将被广泛用作使用可再生能源的分布式能源。PEFC还将应用在柴油发动机上以替换其他产品。
关键字：家用热电联供系统、ENE-FARM、固定式PEFC系统、分布式能源、氢燃料、纯氢燃料电池系统
1、前言
本文介绍了固体高分子形燃料电池（PEFC），特别是固定式PEFC的现状，并对50年后的固定式PEFC进行了猜想。目前的固定式PEFC中，家用热电联供系统——ENE-FARM自2009年商业化以来，已经顺利普及，2018年累计销售台数超过25万台1）。另一方面，以氢为燃料的PEFC系统的实用化也正在稳步推进中，其可活用从可再生能源中获得的氢。预计50年后，随着电解质膜和催化剂的材料开发取得进展，成本或工作温度的问题将得到解决。随着可再生能源的发展，预计固定式PEFC将在各地用作分布式电源，并作为现有的柴油发动机的替代电源。
2、截止2019年的固定式PEFC技术
固体高分子型燃料电池PEFC由阳极和阴极，以及中间夹持的质子导电性离子交换膜构成。工作温度为60-80℃，与其他燃料电池相比，其具有优秀的低温工作特性，且具有材料选择范围广、可以使用橡胶材料用作密封材料、可常温启动，以及启停时间短的优点。因此，不仅可以用作固定用途，还可以应用于燃料电池汽车（FCV）等。
固定式PEFC系统的应用包括家庭热电联供系统——ENE-FARM、紧急用BCP以及商业/工业应用，可以分为使用城市燃气或丙烷气作为燃料并通过系统中的重整器反应产生氢气的类型和直接使用氢气作为燃料的类型。ENE-FARM属于前者，而紧急用BCP和商业/工业用途大多属于后者。
图1比较了两种类型的系统的内部结构。使用城市燃气或丙烷气作为燃料的类型，具有可以利用现有的社会基础设施的优点，因此，ENE-FARM得以在日本广泛普及；另一方面，使用氢作为燃料的氢燃料电池系统中，可使用副产物氢或源自可再生能源的氢作为燃料。目前，氢基础设施仅存在于某些工厂区域，因此为使PEFC广泛普及，发展氢基础设施至关重要。同时，由于其不依赖化石燃料，因此作为电源有望实现CO2排放削减。
ENE-FARM（图2）于2009年开始销售，截止2020年7月销售量累计超过25万台。其中，虽然PEFC占大多数，但也包含了一部分固体氧化物燃料电池（SOFC）。输出功率为100kW的H2RexTM（图3）已作为工业和商业用途的氢PEFC投入实际使用。由于以纯氢为燃料，因此无需重整器的启动时间，可以在5分钟内快速启动。此外，用作紧急用BCP的PEFC系统也以氢气为燃料，其被用作企业事务所的应急电源。