家庭用燃料电池 ENE·FARM

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燃料电池概述

燃料电池概述随人口增长和人类生活方式的改变，对能源的需求量日益增加。

根据IEA （International Energy Agency）2016年的报告，2040年全球的能源消耗量将增加到2012年的1.5倍。

因此，发展清洁，可再生的能源十分重要。

与此同时，另一个人类面临的难题是地球上这些不可再生的化石燃料其储量有限。

经过科研技术人员多年努力，不同的清洁能源例如太阳能，风能，化学转化能源等相继获得发展和应用。

其中以氢气为燃料的燃料电池凭借清洁无污染、能量转化效率高等优点受到高度关注。

1、燃料电池发展历史燃料电池最早的原型装置是在1839年由英国的William Robert Grove发明。

但受制于当时的技术瓶颈及内燃机的大放异彩，燃料电池造价昂贵且耐久性差，并没有得到人们过度的关注。

伴随着人类对于石油将会枯竭的恐惧，以及1980年后Dupont公司发明的含氟高分子电解质膜Nafion使得质子交换膜燃料电池的耐久性得到较大幅度的提升，燃料电池作为下一代清洁能源的强有力候选再一次吸引广大关注。

在过去的二十年，降低成本和性能提升方面的突破使得燃料电池在和传统能源比较时更具竞争力。

越来越多的燃料电池在各个领域得到应用。

2005年以来日本政府推出面向家庭的燃料电池ENE·FARM，截至2018年3月，该项目已经部署了超过二十万套家用燃料电池设备，实现了家用燃料电池的商业化。

燃料电池汽车（Fuelcellvehicle，FCV）的发展同样引人注目，自丰田2014年发布全球首辆FCV “Mirai”以来，本田、日产、宝马、通用、现代等全球知名汽车厂商近年来竞相推出各自的FCV，不禁让人联想燃料电池汽车的时代已经到来。

2、燃料电池的分类燃料电池通常根据电解液的种类或者燃料种类进行分类。

燃料电池的类型主要有质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）、固态氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。

日本最新节能技术介绍

日本最新节能技术介绍演讲内容１．节能技术的作用２２．日本的节能技术成果３-１．热电联产技术３-２．热泵技术３-３．照明技术(LED ・Hf等)３-４．燃煤火电技术４．总结2010年11月峰岸俊行财团法人节能中心1国际协力本部技术协力部ECCJ１．节能技术的作用ECCJ2IPCC 第四次评估报告分析人为排出量7.2Gt/年(2000-2005年)稳定化排出量＝吸收量现在的排出量约是吸收量的2倍一年增加1.9ppm年增加pp(1995-2005年的平均值)现在Industrialization自然浓度日本温室气体约90％是因能源产生的CO2Carbon Dioxide in Atmosphere森林吸収量3.1Gt/年出处：IPCC４评估报告3 ECCJCO 2减排潜在性○温室气体产生的主要原因是因能源产生的CO 2、对地球变暖最有效的指标就是能源消费效率的改善（也就是节能）。

能效改善和节能是建立可持续发展能源开发与经济的关键对策。

2030年CO 2减排潜在性的对策类别贡献度（ＩＥＡ的分析）燃料转换（发电）※减排潜在性的百分比分配7%7%5%4%再生可能能源燃料转化（需要）5%20%17%燃料转换原子力10%省エネルギー58%67%节能44ECCJ世界发展中国家“节能”这个单词的意思？１．将浪费(损失)降低到最小限度２．将使用効率提高到最大限度热损失操作失常的改正，修理，绝热防止白炽灯设备、制造程序能源产品热损失变换效率的飞跃性提高热交换器能源回收LED荧光灯< 节能的思考方法>•节能是在现场实现的。

•节能是实践性的日常性的活动。

•节能的基本是能源管理。

5 ECCJ２．日本的节能技术成果ECCJ6日本制造业节能成功理由１．成本降低(国际竞争力增强)和企业自助性努力(1)能源管理(ZD/QC活动、利用SGA/TQC/TQM的改善活动)(2)设备投资和技术革新２．政府的政策(1)和政府紧密相连的法律整备：节能法和政府紧密相连的法律整备节能法(2)政府的财政支援措施(金融上的支援、税制上的支援、补助金制度)３．节能法执行机关的设置(节能中心等)相互效果相乘効果・加快实施节能推进、提高节能技术（日本成为节能技术居世界领先地位的国家）ECCJ10企业能源管理手法所谓能源管理、是指为改善收益而全面实施现状把握、制定规划实施对策进行评估制定规划、实施对策、进行评估。

浅析氢能在综合能源系统中的应用

浅析氢能在综合能源系统中的应用摘要：在全球气候变暖，大气污染严重，资源紧缺的大环境下，氢能作为一种清洁能源具有十分重要的开发利用意义，因此氢能又被视为21世纪最具价值的高效能源之一。

本文主要从氢能的特点和氢能在综合能源系统中的四大应用进行阐述，以促进氢能技术和产业的发展。

关键词：氢能综合能源应用前景1.氢能的特点氢是一种重要的工业原料，更是一种清洁能源，具有清洁环保、储能高效、应用丰富等多个特点。

1.氢能是制取方式多样、清洁环保的二次能源氢的制取方式多种多样，目前国内的制取方式主要有：煤制氢、甲醇制氢、天然气制氢、工业副产制氢、炼厂气制氢、电解水制氢、焦炉煤气制氢等。

氢经过化学反应直接转化成电能和水，没有污染物的排放，比汽油、柴油等化石资源更清洁更环保。

1.氢能是非常棒的能源互联介质电力、热力、液体燃料等能源之间的转化需要氢能作为转化介质，是目前唯一能实现各种能源转化和优化的途径。

当前主要的能源体系是电网、热网和油气管网，氢能借助燃料电池技术可以进行不同能源之间的转化，还可以把化石燃料与再生能源转化成热力和电力，逆反应产生的氢燃料可以替代化石燃料，可以进行能源储存，因此氢能可以轻松地在各种能源之间进行转化，是非常理想的能源互联介质。

1.氢能是可以大规模应用的储能资源随着石油、煤等不可再生资源的持续减少以及可再生资源渗透率的不断提升，随着社会发展对各种资源的需求量日渐加大，储能在能源系统中的作用与日俱增。

电能、热能不能满足大容量、长周期的储能需求，而氢能可以轻松实现电能和热能大容量、长周期的存储需求，对未来可再生能源体系的稳定运行提供了强有力的保障。

1.氢能的应用范围十分广范氢能的应用范围十分宽广，在交通、建筑、工业等主要领域发挥着重要的作用。

例如，应用于交通运输领域的燃料电池汽车，在可再生能源的整合与发电中作为储能媒介，为建设领域提供电和热，为工业领域提供清洁环保的高效能源。

氢能的发展前景不可限量，但在存储、运输方面和燃料电池终端应用技术方面比较薄弱，应加大研发力度，促进氢能更高效的发展和应用。

日本的“智能住宅”什么样儿？花多少钱才住得起？

日本的“智能住宅”什么样儿？花多少钱才住得起？智能住宅这个词如今已经变得随处可见。

那么，现在智能住宅的行情究竟如何？住在这种住宅里能够节约多少电费和煤气费？下面就让我们一起，通过独户住宅，一探智能住宅在日本的现状及其居住成本。

配备三种电池，特殊时刻也能供应电力和热水积水建房在横滨港湾未来21地区建设的智能住宅“观环居” （点击放大）在超高层高级公寓和大厦林立的现代风景中坐落着一栋独户住宅，那就是积水建房在横滨港湾未来21地区建设的智能住宅——积水建房“观环居”。

这是受日本总务省的委托，为2010年11月到2011年3月实施的智能网络项目的验证实验而建成的住宅，项目结束后，这栋住宅作为实验住宅开放，举办各种活动。

观环居以建筑面积为226m2的两层住宅“SHAWOOD”为基础，为其配备了燃料电池、使用4.48kW太阳能电池板的太阳能电池、8.96kWh的铅蓄电池，并且安装了能够通过HEMS（Home Energy Management System）联动控制这三种电池的供电系统。

由于日常用电首选由燃料电池供应，不足的部分通过光伏发电和蓄电池弥补，因此向电力公司购买的电力可以大幅减少。

在特殊情况下，即使燃气及公共供电中断，光伏发电和蓄电池仍然能够提供一定的电力。

而且，在停电，但燃气未断的时候，燃料电池可以用来供应热水，洗澡也不成问题。

（点击放大）（点击放大）智能手机可以控制家电(点击放大)住宅用电情况可以在起居室的电视上以及玄关和厨房的显示器屏幕上“查看”，空调和照明的开关、温度管理等也可以随手操作。

“…可视化‟虽然能够显示出数值，但很难引起用户的兴趣，因此显示方式做了调整，显示的是金额和排名等内容，使用户能够愉快地节能。

而且，家电之类的控制还可以使用智能手机，没必要放置多个遥控器”（积水建房技术部主任南裕介）而且，这栋住宅的一层设置了纯电动汽车（EV）专用的车库，可以从住宅内直接上下车。

因为EV不排放尾气，所以完全可以放置在室内，乘坐轮椅也能方便地上下车。

日本首相府邸和十万日本家庭在用的氢燃料电池究竟怎么回事？(附系列公开课报名)

日本首相府邸和十万日本家庭在用的氢燃料电池究竟怎么回事？（附系列公开课报名）【无所不能文|大珂珂】无所不能（caixinenergy）此前曾推出过一份氢储能技术讨论纪要（详情请见《弄懂氢储能，你一定更想要这份报告》）发出后，很多能豆粉来信询问报告中提到的中提到的日本ENE-FARM，今天小编就为大家简单介绍一下日本氢能利用的发展。

什么是ENE-FARM ENE-FARM是一种家用热电共生系统。

该系统利用天然气提取氢气，注入燃料电池中发电，再用发电时产生的热能来供应暖气和热水，整体能源效率将近9成。

系统运行过程如下图：ENE-FARM Type S外形图ENE-FARM比较有特色的一点就是：利用天然气制氢。

下面这张图虽然简单，却比较清楚的展示了天然气制氢的过程听起来高端霸气的燃料电池其实很原理很简单。

燃料电池部分的反应过程虽然目前全日本已经有超过十万的家庭在使用ENE-FARM，但是氢燃料电池产品由于价格昂贵，且生产成本极难降低，所以需要依靠日本政府补贴才能得以推广。

目前一台ENE-FARM的费用大约是200万日元（约合11万元人民币），日本政府对每台ENE-FARM仍然会给与40万日元（约2万4千元人民币）。

就有关人士介绍：日本政府的目标成本价格约为100万日元（约6万人民币），只有这样ENE-FARM才能真正实现商业化，并具有国际市、场竞争力。

看到这里，一定会有人说，这个技术模式不新奇啊，价格也没什么竞争力，中国能做到这样的企业两只手都数不过来。

为什么ENE-FARM 能火？小编总结了部分原因供大家参考： 1. 缓解日本去核、地震引发电力短缺的应急措施。

2. 不依赖现有电网，可在消费现场发电。

3. 与太阳能系统相比，ENE-FARM可在任意时间发电，不会受到天气和时间的限制。

4. EN E·FARM安装在家庭里，所以输电损失为零。

而且，电力和热水两方面都能利用，能源效率上高达81%（ENE·FARM现有产品的额定值）。

家用燃料电池热电联供产品经济性的初步分析

家用燃料电池热电联供产品经济性的初步分析2019年，中央政府支持氢能产业的发展方向逐渐明确。

我国2019年的《政府工作报告》提出推动加氢站等设施建设；4月，国家发改委发布《产业结构调整指导目录2019征求意见稿》提出“鼓励高效制氢、运氢及高密度储氢技术开发应用及设备制造”。

国内主要能源企业也开始加速布局氢能产业。

除氢燃料电池汽车外，发达国家和地区还在推广燃料电池固定式应用。

美国BloomEnergy生产固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统主要用于数据中心和办公楼宇等商业用户，2017年销售量达到62MW。

日本通产省制定并推动了ENE-FARM计划，由松下、东芝、爱信精机等生产商负责开发700W～750W 家用燃料电池热电联供（CHP）系统。

从2009年至今，共销售30万套产品。

韩国可再生能源组合标准（RPS）要求，到2023年所有拥有500MW以上发电容量的国有和独立电力生产商需将可再生能源和绿色技术的发电份额增至10％。

截至2018年，韩国已经部署了近300MW燃料电池电站，技术路线包括SOFC、PEMFC和熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）。

本文分析日本家用燃料电池热电联供产品的基本经济性情况和在国内尤其是在上海商业化使用的前景。

1日本“ENE-FARM”项目1.1技术特点“ENE-FARM”译为能源农场，该“农场”的原料是天然气，“产品”是电和热，设备利用天然气重整产生氢气，作为PEMFC的燃料，发电效率可达39%，热利用效率为56%，能源综合利用率达到95%，寿命为90000h以上，不需要特殊维护，在日本属于家用电器。

1.2 项目概况“ENE-FARM”计划由政府主导推动，燃气公司、制造企业、地产商和金融企业共同执行，是日本氢能社会战略的重要组成部分。

自2009年，由松下、东芝、爱信等厂商研发生产，由东京燃气和大阪燃气等燃气公司向用户销售家用燃料电池热电联供产品。

如图1所示，十年来各品牌产品累计销售300000套，政府每套补贴由最初的8.9万元逐年下降，直至2019年取消，产品寿命达10年。

全球主要燃料电池市场分析：各国积极布局中日韩领跑

全球主要燃料电池市场分析：各国积极布局中日韩领跑2019-09-04随着燃料电池产业的推进和以氢为核心的储能的发展，氢气作为沟通交通、发电和储能三大领域的关键能源气体，重要性不断上升，未来地位有望与石化资源比肩，我们预计2030年市场价值超万亿。

全球主要国家均对氢燃料电池的发展投入大量资源，以期在未来新时代的能源竞争中占据领先位置。

从目前的情况看，日本、韩国和中国对燃料电池的整体投入最高，以丰田、现代为代表的燃料电池乘用车和固定式热电联供系统以及氢能大巴、物流车的生产均处于全球领先；美国近两年在制造方面增速不如东亚国家，但加州作为燃料电池乘用车的最大单一市场仍然是整个产业里举足轻重的市场；欧洲的燃料电池研发起步很早，近年来奔驰等传统车厂以及博世等一级供应商均已经开始进入燃料电池领域。

本文将简单分析全球六个主要市场的情况：中国、日本、韩国、美国、德国、欧洲其他地区。

中国：政府对氢能产业高度重视，政府工作报告提出推动加氢设施建设。

中国燃料电池产业链技术快速提升，到 2019 年中国电堆产业链国产化程度达 50%，系统关键零部件国产化程度达 70%。

中国燃料电池发展初期以商用车为主，目前燃料电池车保有量超 4500 辆，加氢站超 20 座。

规划 2030 年燃料电池车 100 万辆，加氢站 1000 座。

日本：政府将氢能上升为国家战略。

产业链成熟，技术、商业化领先，丰田 Mirai 产量超万台，Ene-farm 热电联产系统数量超过 30 万套，加氢站超过 100 座。

规划 2030 年燃料电池车 81 万辆，加氢站 900 座，热电联产系统 530 万台。

韩国：政府支持力度大、补贴高，产业链较为完善。

2018 年韩国运营燃料电池汽车达到 889 辆，加氢站 14 座，发电站装机量达到 307MW。

规划 2040 年燃料电池车 290 万辆，加氢站 1200 座，发电站装机量达 15GW。

美国：研发较早，小布什时期政府投入较高，此后支持力度有所下降，燃料电池车生产较少。

SOFC产业发展现状及前景分析

SOFC产业发展现状及前景分析摘要：固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料化学能转换为电能的能量转换装置，不受卡诺循环的限制，能量转化效率高，而且具备燃料适应性广、清洁无污染、全固态结构、不使用贵金属催化剂等优点。

SOFC技术的应用领域十分广泛，不但能够对氢能进行绿色高效利用，还能实现对传统化石能源的高效清洁利用，为实现我国碳达峰、碳中和目标做出重要贡献。

本文介绍了国内外SOFC产业的发展现状，对产业发展前景进行了分析，针对我国固体氧化物燃料电池产业发展所遇到的困难，提出了相应的解决办法和建议。

图1BE公司固体氧化物燃料电池发电系统中国是目前全球最大的能源消费国，在所有的能源消费中，化石能源消费占比达到85%。

中国的能源禀赋是“富煤缺油少气”，其化石能源消耗中占比最大的是煤炭，这就造成了中国的C02排放问题,2023年CO2排放量达到了121亿t,占全球总排放量的32.88%,“双碳”目标的实现面临较大压力。

中国的石油和天然气对外依存度分别达到了70%和40%,对我国的能源安全造成了巨大的挑战。

在这样的大背景下，中国的能源结构调整势在必行，必须发展多元化的能源结构。

氢能在“替煤减碳”过程中发挥着积极作用，尤其是对于风能、太阳能等可再生能源生产的绿氢，其生产及使用中不排放任何C02o 近几年来，国内氢能“热度”也不断攀升，2023年3月，国家发改委正式发布《氢能产业发展中长期规划(2023—2035年)》，明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略地位。

燃料电池可以直接将燃料中化学能转化为电能，根据电解质的不同，主要有碱性燃料电池(AFC),质子交换膜燃料电池(PEMFC)＞磷酸型燃料电池(PAFC).熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等类型。

SOFC是一种全固态燃料电池，又称为陶瓷燃料电池，其主要优点是不使用贵金属催化剂、运行温度高、燃料适用范围广、余热温度高、适合热电联产，近年来发展速度为各种类型燃料电池之首。

日本家用燃料电池热电联供系统（ENE-FARM）发展现状及前景展望

日本家用燃料电池热电联供系统（ENE-FARM）发展现状及前景展望日本家用燃料电池 ENE-FARM是能够同时产生电气和热水的同时供给系统, 在本公众号的之前的文章中有过报道，本文小编给出其在日本的最新发展情况。

ENE-FARM发展历程家庭用燃料电池实际应用的变革•1997年签订《京都议定书》•1999年宣布千禧年计划呼吁引进燃料电池技术并作为下一代技术发展以抑制全球变暖•2001年召开日本燃料电池商业化会议•2002年首相小泉纯一郎发表政策讲话，宣布预计三年内实现住宅用燃料电池实际使用•2004年首相官邸主导的燃料电池管制解除工作完成•2002-2004年固定式燃料电池示范研究项目•2005-2008年固定式燃料电池大范围示范项目，开始实际用户租赁、安装以及数据收集•2007年首相安倍晋三发布Cool Earth50公告，选择固定式燃料电池作为地球降温能源创新技术•2008年首相福田康夫发布了“福田愿景（日本以低碳社会为发展目标）”北海道八国首脑峰会上住宅用燃料电池运营展示(2008年成立了燃料电池协会)•从2009年开始，通过一系列措施来促进消费级燃料电池（consumer fuel cells）的推广（ENE-FARM的用户可以获得相应补贴）•2014年首相安倍晋三公布“振兴日本战略”，内阁决策中提到：到2030年将会有530万部家用燃料电池投入使用，约占日本家庭总数的10%•2015年签署《巴黎协定》东京煤气公司和松下公司ENE-FARM发展路线图ENE-FARM的优势以及推广使用的重要意义先进的能源利用方法——热电联供热电联供指的是系统在提供电能的同时也提供热能，即在满足电力需求的同时将发电过程中产生的热能加以利用向用户供热。

大型热力发电厂很难利用的废热，热电联供可以有效的加以回收利用，从而提高能源利用效率。

燃料电池的优越性•燃料电池的发电效率即使在低输出的情况下也比内燃机的发电效率高•固体氧化物燃料电池的发电效率与高效的联合循环发电厂的发电效率相当ENE-FARM的重要性1、有助于能源及环境政策的推行•ENE-FARM是一种家庭用分散式能源系统,将有助于节能、节电并能降低电网负荷•新的振兴日本战略将ENE-FARM作为其实现目标之一•将有助于零能源住宅的发展•ENE-FARM的推广将有助于实现能源安全及低碳社会的目标2、给用户和社会带来的好处•用户每年的取暖和照明费用下降50000-60000日元•ENE-FARM可以给家庭提供50%的电能消耗•在用电高峰期降低电网负荷•每年二氧化碳排放量减少1.3吨•断电时可以作为紧急电源使用（能源安全）3、促进国内（日本）工业发展•国际领先的家用燃料电池系统的商业化对日本的先进技术提出更高的要求•家用燃料电池系统在全球的普及将会在日本国内创造出一批新的产业ENE-FARM推广措施及前景展望1、ENE-FARM的销量与价格变化全球销量东京煤气公司销量2、降成本的项目1 电气安装工作（室外配电器）通过使用室外配电器来简化墙板施工以及室内布线工作2 电气安装工作（有效利用现存的100V线路）有效利用现有100V线路，设置户外专用出口3 网络连接通过远程维护减少维护费用远程试运行降低成本4 安装费用减少安装人工数缩短安装时间5 基座费用采用更小的基座6 取消排水管道取消排水管道以降成本3、ENE-FARM在共管式公寓及普通公寓中的应用都市综合住宅群占有相当大的比例综合住宅的特点a) 相比于独栋住宅，综合住宅群每户所能安装的太阳能电池板的空间比较小b) 存在很多安装上的限制因素（如：空间、标准），独户住宅的安装模式很难直接应用（需要专门设备）销量世界领先共管式公寓及普通公寓ENE-FARM专门针对共管式公寓及普通公寓的安装环境和安装标准设计的ENE-FARM•可以安装在管道井中增强设备主体的气密性，增加设备外板厚度将废气排放口固定在管道井的门上•符合共管式公寓的安装标准使用更坚固的设备支撑提高抗震性更强的抗风性使ENE-FARM在更高层建筑上的安装成为可能•可以使用多种安装方法可以拆解分装在多个管道井中废气排放口位置选择有很多备用热源可选标准型和细长型外观管道井门打开管道井门关闭共管式公寓ENE-FARM管道井安装概念图ENE-FARM公寓应用案例•东京地产公司Branz City Shinagawa Katsushima 安装数量：3562015年10月完工•Sohgoh房地产Sky Premier Shinagawa-Nakanobu 安装数量：1002015年十月完工4、应对紧急情况的智慧家庭系统智慧家庭的核心技术•家庭能源管理系统（HEMS）•电能的产生与储存•智能电表5、能源产生-储存互联系统提高能源安全太阳能发电与蓄电池、ENE-FARM连接三部蓄电池可以在断电时提供很长一段时间的电能，也可以提供热水•ENE-FARM可以提供最大功率为0.75KW的电能（无论白天还是夜晚）；•当太阳能发电量高的时候，互联系统除了向设备供电以外还能给蓄电池充电；•当太阳能发电量因多云或下雨等因素不稳定时，互联系统可以进行太阳能电池和蓄电池联合供电；•夜晚太阳能发电停止，所需电能由蓄电池提供。

宁波材料所在高分子复合材料3D打印方面取得进展

MOF材料提供了理论依据和技术指导，在这类材料的设计研发方面将会引起广泛关注。

宁波材料所在高分子复合材料3D打印方面取得进展随着科技的不断发展进步，3D打印技术作为一种全新的数字化模拟制造技术应运而生并迅速发展。

其中，熔融沉积技术具有设备简单、工艺洁净、运行成本低且不产生过多加工残留物等优点，被广泛应用于快速原型和教育等领域。

但现有的熔融沉积材料主要以ABS和PLA等通用塑料为主，需要针对工业产品制造开发适合高强度工程塑料等材料的3D打印成型技术。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所增材制造重点实验室许高杰团队针对高性能工程塑料3D打印技术开展了一系列研究工作。

选取了具有高坚韧度和抗疲劳特性的半晶态尼龙12和高强度聚醚酰亚胺作为基体，研究了熔体流变特性对熔融长丝烧结特性的影响，对高性能工程塑料的3D打印工艺参数、工业可用性进行了研究。

研究发现，半结晶高分子具有较好的流变性能和快速烧结特性，在合适的打印条件下能够获得接近注塑件的力学性能。

拓展了高温高强度工程塑料在熔融沉积技术中的应用（Rapid Prototyping Journal， 2017， 23(6)， 973･982. High Performance Polymers， 2019， 31(1): 97-106.）。

由于熔融沉积层层叠加成型过程产生的空隙会不可避免地降低3D打印产品的机械强度，严重制约了熔融沉积技术的应用推广。

研究人员在工艺研究的基础上，开发了尼龙12/氧化石墨烯、尼龙12/碳纤维复合材料。

研究发现两种填料在熔融沉积成型过程中可实现取向分布，不仅有效提高了产品的机械强度（GNPs 7%和CFs 251.1%），还能够对产品热导率（提高51.4%）进行灵活调控。

（Journal of Applied Polymer Science， 2017， 134(39)， 45332.; Materials & Design， 2018， 139: 283-292.）。

燃料电池系统在家庭环保家居系统中的应用研究

燃料电池系统在家庭环保家居系统中的应用研究燃料电池系统作为一种清洁能源技术，在家庭环保家居系统中的应用备受关注。

随着社会对可再生能源和环保技术的重视，燃料电池系统在家庭环境中的潜在应用价值逐渐被挖掘和发展。

本文旨在深入探讨，探讨其在实际应用中的优势、挑战和未来发展方向。

一、燃料电池系统概述燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，与传统燃烧发电不同，燃料电池是一种无污染、高效能源转换技术。

燃料电池系统由电化学反应组成，通过氢气或其他可再生燃料与氧气在催化剂的作用下发生反应，产生电能、热能和水等环保产品。

燃料电池系统主要分为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等不同类型，其中质子交换膜燃料电池在家庭环保家居系统中的应用具有较大潜力。

二、燃料电池系统在家庭环保家居系统中的应用现状目前，燃料电池系统在家庭环保家居系统中的应用主要集中在微型燃料电池发电、暖气供应、热水器等领域。

微型燃料电池发电器具有小巧、高效、低温、低噪音等优势，非常适合家庭环境。

此外，燃料电池系统还可以与太阳能光伏系统、风力发电系统等再生能源系统相结合，形成家庭综合能源利用系统，实现能源互补和供应稳定。

三、燃料电池系统在家庭环保家居系统中的优势1. 高效节能：燃料电池系统在能源转化过程中损失较小，能够实现高效能源利用，有效节约能源资源。

2. 无污染环保：燃料电池系统只产生水等环保产品，不产生有害气体和固体废物，具有零排放特点。

3. 低噪音：燃料电池系统运行时噪音极低，不会对家庭生活造成干扰，提高了居住舒适度。

4. 灵活性强：燃料电池系统体积小巧、安装方便，适用于各类家庭环境，并可根据需求进行灵活组合。

5. 抗灾性强：燃料电池系统可实现冬夏同供、自供自用，具有独立供电功能，在供电中断时具备备用电源作用。

四、燃料电池系统在家庭环保家居系统中的挑战1. 成本问题：目前燃料电池系统的成本较高，需要进一步研发和扩大规模以降低成本。

2. 寿命和稳定性：燃料电池系统的使用寿命和稳定性还有待提高，需要加强材料和工艺研究。

燃料电池发电系统

家用燃料电池的总称是ENE-FARM。
商用有两种电池组：工程导论上某某教授讲过日本 1.SOFC （Solid Oxide Fuel Cell）固体商业使用的家用燃料电池。氧化物燃料电池 2. PEFC （Polymer）固体高分子型燃料电池
(聪慧的小日本)
O2+4e=2O2-
2H2-4e+2O2-=4OHCH4-8e+4O2-=2H2O+CO2 CO-2e+O2-=CO2
电池堆℃
烧热水
• 较高的电流密度和功率密度 • 可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂 • 能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统 • 高温运行(600～1000℃)，加快了电池的反应进行
原理：水电解的“逆”装置
• 其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成。 • 阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所。
O2+4e=2O2
-
多孔结构催化作用
H2、CH4、CO
2H2-4e+2O2-=4OHCH4-8e+4O2-=2H2O+CO2 CO-2e+O2-=CO2
单体电池只能产生1V左右电压，功率有限，为了使得SOFC具有实际应用可能，需要大大提高SOFC的功率。为此，可以将若干个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组。

家庭用燃料电池“ENE·FARM”

◆　燃料电池是通过与“水的电解”相反的原理进行发电的。

使用ENE ·FARM 可以在自己家里同时制造电和热水。

◆　ENE ·FARM 由燃料电池单元与热水储存单元的两个单元构成。

燃料电池单元通过从城市煤气中提取氢，与空气中的氧进行反应以发电，同时利用发电时产生的热制造热水。

◆　由于ENE·FARM 将能源毫不浪费地用于制造电和热水，因此与传统系统相比，可减少一次能源消耗量约31％、二氧化碳（CO 2）排放量约45%。

是能够在保持生活舒适的同时为环境作出贡献的能源系统。

家庭用燃料电池“ENE ·FARM”关键词 X1 生活相关 Y2 机器 Z3 天然气 G34gasTokyo Gas Co.R-24发电效率　：37%节能率：31%CO 2减排率　：45%空气供给装置PEFC 堆氢气燃料改质装置变频器空气温水温水排热　直流电电力排热回收装置后备燃烧器储热水槽将ENE FARM 发电时的发电量（1kwh ）与热回收量（1.4kwh ）与传统系统进行对比时置换为以山毛榉为主体的天然森林的吸收量可减少相当于约2,700m 2的山毛榉森林1年的吸收量！一次能源　︵煤炭︑石油︑天然气等︶一次能源︵天然气︶火力发电站用户用户输电线能源利用率能源利用率出处：“节能法”发电站离用户远，无法利用发电时产生的热，因此被白白排放至大海。

由于是在使用场所发电，发电时产生的热可被用于热水供给。

未被利用的排热（向海水等排放）电电输电损失等地下储罐管道家庭用燃料电池气体排热利用（HHV 基准）损失R-24日本国内■　固定装置用燃料电池大规模实践事业（05～08）、05年度480台、06年度777台、07年度930台（全国）实践事业市场开拓独立发展、壮大800万日元／台2009201X120万日元／台市场规模50万日元／台以下每台的价格大规模实践数百台～数千台／年引进扩大期数千台～数万台／年正式普及期数十万台／年联系方式：Tokyo Gas Co. Ltd. , Public Relations Division +81-3-5400-7675　http://home.tokyo-gas.co.jp/enefarm/ http://www.tokyo-gas.co.jp/pefc/index.html。

日本家用燃料电池技术进展

日本家用燃料电池技术进展刘兰兰【摘要】介绍了家用燃料电池的概念及特点,论述了日本家用燃料电池的起步及早期发展,研究了日本家用燃料电池相关企业的近期研发及应用情况,以便为我国燃料电池的研究、商业化和家用化提供参考和借鉴.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)006【总页数】3页(P1337-1339)【关键词】燃料电池;家用;技术进展;日本【作者】刘兰兰【作者单位】中国电子科技集团公司第十八研究所,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TM911.4燃料电池(fuel Cells，FCs)是继火电、水电和核电之后的第四代发电技术，是一种将储存在燃料(如氢气)和氧化剂(如氧气)的化学能，通过电化学反应过程直接转化为电能的电化学发电装置。

到目前为止，已经发展了多种类型的燃料电池。

根据工作温度的不同，可将燃料电池分为低温 (工作温度低于100℃)、中温(工作温度在100～300 ℃)和高温(工作温度在600～1 000 ℃)三种。

最常用的是根据燃料电池所使用电解质的不同可将燃料电池分为5 种主要类型，即碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

其中，后三种燃料电池是目前世界各国竟相研究开发的重点。

由于燃料电池不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环限制，能量转换效率高(燃油机的2～3 倍)，是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和模块化的动力装置，被认为是21 世纪最有发展前景的高效清洁发电技术[1]。

我国正处在一个经济飞速发展的关键时期，面对日益严峻的能源形势、环境问题和人口压力，大力发展高效和环境友好的能源利用技术具有重大的社会和经济意义，而加快发展我国的燃料电池技术和产业化进程更具有特别的意义。

日本家用燃料电池系统的发展处于世界领先地位，正在成千上万的日本家庭示范推广。

家用燃料电池

家用燃料电池家用燃料电池随着环保意识的提升以及对清洁能源的追求，家用燃料电池逐渐成为一种备受关注的能源解决方案。

在传统能源消耗日益加剧的今天，家用燃料电池以其高效、可再生的特点备受推崇，被认为是实现家庭清洁能源转型的重要途径。

燃料电池是一种通过将氢气与氧气反应产生电能的装置。

其基本工作原理是将氢气与氧气在电子媒介的作用下进行反应，通过催化剂起到电化学作用，产生燃料电池所需的电能，并释放出水蒸气作为副产品。

与传统发电方式相比，燃料电池具有高效、无污染、无噪音、零排放等诸多优势。

首先，家用燃料电池具有高效能源转化率。

传统燃烧方式产生电能时往往存在能量损失的情况，而燃料电池可以将氢气与氧气的化学能直接转化为电能，能源转化效率高达70%以上，远高于传统能源的30%左右。

这意味着使用燃料电池供电，家庭能够更有效地利用能源，减少能源浪费。

其次，家用燃料电池可持续性强。

燃料电池的燃料氢气可以通过多种途径获取，如水解、天然气重组以及生物质转化等方法，其中水解是最常用的方式。

而水分子在反应过程中不会被消耗，可以循环再生，因此燃料电池的燃料是可再生的，相对于传统的化石能源，更具可持续性。

再次，家用燃料电池无污染、无噪音。

由于燃料电池是通过氢氧反应产生电能，其排放物为纯净的水蒸气。

相比之下，传统能源在燃烧过程中会产生大量的尾气和颗粒物，严重影响空气质量，而且噪音也是一个问题。

家用燃料电池的运行几乎没有噪音，大大提升了家庭使用的舒适度。

此外，家用燃料电池还具有灵活性、稳定性和可靠性。

由于家庭用电需求不稳定，燃料电池可以实现灵活调节产生的电能，满足不同负荷的需求。

而且燃料电池系统结构简单，没有运动部件，无需频繁维护，寿命较长且可靠性高。

然而，家用燃料电池在推广应用中仍面临一些挑战。

其中主要的问题是成本和基础设施建设。

目前，燃料电池的生产和制备成本较高，导致其在市场上的价格较高，难以普及。

此外，由于家用燃料电池需要储存和供应氢气，因此需要建设完善的氢气基础设施，包括氢气供应站和氢气储存系统。

?对家用燃料电池（ENE-FARM）以及家用蓄电池进行群控以构建虚拟电厂的实证实验

对家用燃料电池（ENE-FARM）以及家用蓄电池进行群控以构建虚拟电厂的实证实验本文1365字，阅读约需3分钟摘要：日本关西电力株式会社和东京瓦斯株式会社已经开始实证实验，通过对家用燃料电池（ENE-FARM）以及家用蓄电池进行群控以构建虚拟电厂，旨在将其用于电力市场，调整电力供需平衡等。

关键字：家用燃料电池、ENE-FARM、家用蓄电池、虚拟电厂、VPP、群控日本关西电力株式会社和日本东京瓦斯株式会社从6月7日开始进行实证实验，利用普通家庭安装的家用燃料电池“（ENE-FARM）”※1以及家用蓄电池构建虚拟电厂※2（以下简称VPP）。

本次实证实验中，以全日本多达3000台的ENE-FARM以及首都圈内多达10台的家用蓄电池为对象，通过不依赖客户的互联网线路的直接通信进行群控※3，并对系统进行各种技术验证，旨在将其用于电力市场，例如调整电力供需平衡。

另外，在构建本次实证实验的系统时，将利用日本经济产业省资源能源厅补助事业——2021年度利用蓄电池等分布式能源资源的下一代技术构建实证实验事业补助金（可再生能源发电等聚合技术实证实验事业中，进一步利用分布式能源资源的实证项目）※4。

两家公司将充分利用本次实证实验中获得的知识，扩大能源资源聚合业务※5的可能性，为构建稳定且高效的电力系统、实现无碳社会作贡献。

注释：※1：一种高效的热电联产（热电联供）系统，除了节能和减少CO2排放之外，还有助于电力的削峰填谷。

东京瓦斯株式会社、大阪瓦斯株式会社、ENEOS控股株式会社的注册商标。

※2：通过信息通信技术，以集成方式控制分布式能源资源，使其如单一的发电设备一样运行的虚拟电厂。

※3：通过远程指令，控制多台ENE-FARM的启动、发电、停止等运行计划的技术，或控制多台家用蓄电池的充放电计划的技术。

※4：日本经济产业省补贴的一部分，用于整合（聚合）大量分布式能源资源，进行精确控制技术等实证事业的费用。

※5：使用VPP和需求响应提供各种服务的事业，例如电力零售公司的电力采购、客户设备的最佳利用以带来收益。

新一代家用燃料电池效率高达87%

新一代家用燃料电池效率高达87%
无
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2011(008)003
【摘要】日本吉坤日矿日石能源公司日前展示了利用氢能和分散型电源的低碳型能源网络系统（已在日本北九州氢能城镇试验运行），及由“能源使用之家”变成“能源创造之家”的ENEOS创能住宅。

【总页数】1页(P62-62)
【作者】无
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.科学家用氧化锌“纳米矛”提升太阳能电池效率 [J],
2.美科学家用氧化锌“纳米矛”提升太阳能电池效率 [J],
3.可使太阳能电池效率高达6.5％的新材料 [J], 卢利平;
4.再破记录!天合光能i-TOPCon多晶电池效率高达23.22％ [J],
5.太阳能电池效率创新高达40.8％ [J],
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家用燃料电池在日本即将落户使用

家用燃料电池在日本即将落户使用
杨慧钦
【期刊名称】《电机技术》
【年(卷),期】2004(000)003
【摘要】在日本用清洁能源制作的家用型燃料电池已进入实用化阶段。

政府经济产业省制定的计划也规定了由2001—2004年是实用化技术开发阶段。

这种系统在供电的同时用于家庭冷暖气、热水器等等。

为使绿色能源进入普通家庭，研究人员一直在谋求缩小体积，使其和空调的室外机大小相当。

最近，小
【总页数】3页(P56-58)
【作者】杨慧钦
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM911.4
【相关文献】
1.日本家用燃料电池技术进展 [J], 刘兰兰
2.日本家用燃料电池热电联供产品经济性的初步分析 [J], 朱信; 刘可
3.日本家用燃料电池制度即将规范化 [J], 尚巾
4.日本家用燃料电池热电联供系统在中国应用的经济性分析 [J], 神瑞宝;代贤忠;蒋东方;韩新阳;鲁强;靳晓凌
5.日本推出新款家用燃料电池 [J],
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