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1、氢能与燃料电池,氢能 燃料电池的发明 各种燃料电池的技术 燃料电池的应用,第一部分氢能的开发与利用,对许多人来说，“氢能”并不是一个十分熟悉的字眼。事实上，在传统的煤炭、石油和天然气等化石燃料给人类带来环境污染、温室效应等诸多问题的当今，许多国家，尤其是许多发达国家已将“洁净”的氢能作为自己的未来能源而加紧研究。,氢能作为一种洁净的可再生能源，同时又具有可储可输的特点，从长远上看，它的发展可能带来能源结构的重大改变，而在目前它是一种理想的低污染或零污染的车用能源，国际上公认在不远的将来氢燃料汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一。因此，氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究
2、的对象便是情理之中的事了。,1、氢能的三大优势,1）、燃烧放出的热量多 2）、燃烧产物是水，不污染环境 3）、制备的原料是水，资源不受限制,2、氢能的产生方式,1）、以天然气、石油、和煤为原料，在高 温下与水蒸气反应制得 2）、以天然气、石油、和煤为原料，用部 分氧化法制得 3）、电解水制得 4）、生物质气化制得 5）、光解水制得,3、氢能的利用途径,1）、燃烧放热 2）、用于燃料电池，释放电能 3）、利用氢的热核反应释放的核能,4、氢气的储存,1、常压储氢 2、高压储氢 3、液氢储氢 4、金属氢化物 5、吸附储氢,密度高、能耗大、有自然挥发,一定的温度和压力条件下，一些金属能够大量“吸收”氢
3、气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。 其储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍。储氢合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，因此是一种极其简便易行的理想储氢方法。目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。,第二部分燃料电池,燃料电池的优点,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
4、，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； 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。,燃料电池的发明,早在1839年，英国科学家威廉格罗夫就提出了氢氧燃料电池的原理。虽然称为燃料电池，其运作过程中并不会产生明火。产生电能的过程也不需要旋转式发动机等运动部件。因此燃料电池构造简单，能量利用率高，噪音小而且稳定。理论上，应用于汽车的燃料电池可以把氢燃料能量的转化为动能，而内燃机只能达到。,燃料电池的种类,直接甲醇燃料电
5、池 氢氧燃料电池 固体氧化物燃料电池 其他,燃料电池的工作原理,燃料电池由正极、负极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在负极氧化，氧化剂在正极还原，电子从负极通过负载流向正极构成电回路，产生电流。,一 直接甲醇燃料电池,直接甲醇燃料电池-DMFC （DirectMethanolFuelCell） 它是以甲醇为燃料，通过与氧结合产生电流的，优点是直接使用甲醇，省去了氢的生产与存储。 其电化学转化过程又可分为两种方式，一种是直接燃料电池，另一种是间接燃料电池。直接燃料电池主要是甲醇在阳极被电解为氢和二氧化碳，氢通过质子膜到阴极与氧气反应并同时产生电流。间接燃料电池是先将甲
6、醇进行炼解或重整得到氢，然后再由氢和氧通过质子膜电解槽反应而获得供给汽车动力的电能。图为世界最小的甲醇燃 料电池。,直接甲醇燃料电池,日本则武公司的产品在改进后，提高了功率密度和性能，主要原因在于使用了有机物和无机物的混合技术来制作电解质材料，从而大大减少了甲醇透过电解质膜的“甲醇渗透”现象，并提 高了电解质膜的形状稳定性。,这种燃料电池以甲醇为能量来源，手机，笔记本电脑将不再用充电。,二、氢氧燃料电池的工作原理,2e,-,2e,-,氢气,H2O,H,H,+,+,OH,OH,-,-,A,氧气,负极 正极,二、氢氧燃料电池的工作原理,燃料电池电子设备应用,燃料电池电子设备,新的水燃料电池将是世界
7、上最小的具备2瓦输出能力的电池。这种电池利用DoCoMo公司的recharger技术和Aquafairy公司的薄膜技术将水中的氢分离出来，而放电时氢也发生化学反应重新变成水。同样尺寸的水燃料电池所能提供的电能是甲醇燃料电池的8倍，也就是说水燃料电池完全可以做得非常小以适应手机的尺寸。与锂离子电池相比，水燃料电池的充电时间相当，容量则大上数倍，因此手机的待机时间也可以延长至 数星期乃至一两个月，通话时间也可以不再用小时计算。,燃料电池电子设备应用,东芝近年来，在各种展会上都会展出其设计研发的笔记本燃料电池，新型燃料电池采用甲醇作为燃料，通过化学反应产生电能，与采用锂电池的东芝公司自己生产的笔记本
8、电脑相比，50CC的甲醇可以连续使用5小时，超过锂电池两倍以上。 燃料电池的另一个好处是只需填充燃料，而不必像锂电池那样再次充 电。 燃料电池中的甲醇与氧气的化学反映产生电能，排出物就是水，属于无公害能源。东芝的燃料电池采用甲醇与氧气直接产生化学反映的“直接反映甲醇”。,东芝展示的燃料电池供电的笔记本样机,燃料电池电子设备,日前，韩国的第一大化工公司LG化工已成功研制出可持续使用10小时的笔记本燃料电池。LG电子对外揭开了未来在笔记本上使用的甲醇燃料电池的神秘面纱，并宣布在今年的后半旬将全面商业化大规模生产，该燃料电池总体上比较便于携带。,燃料电池电子设备,日立在近期开发出如AA电池一般大小的
9、燃料电池内藏50立方厘米的甲醇，能让普通的PDA产品坚持使用6-8个小时。而据说日立正在开发能让甲醇浓缩的技术，到时候电池将会有更长的使用时间。,燃料电池在汽车上应用,本田的氢动力车FCX,本田的氢动力车已经在美国加利福尼亚州获准上市。,奔驰公司的燃料电池车“B-Cell”,马达输出功率达100kW以上。充氢压力为70MPa，持续行驶距离大约为400km。充电电池是锂电池，输出功率为20kW。,通用Hy-wire氢动三号,由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦82马力三相异步电机驱
10、动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。一次充气行驶里程分别可达400公里和270公里。,通用Hy-wire氢动三号的电池组,通用汽车氢燃料电池车Sequel,Sequel可连续行驶300英里，且能够在10秒内由静止状态加速到60英里/小时。Sequel燃料电池系统内的氢能源可以被直接转换为电能。车辆加速时备用高压锂电池系统可向三只驱动电机提供额外动力；车辆刹车时锂电池系统可以用来储存刹车时回收的能量以提高车辆的连续行驶能力。其电气系统由三个子系统组成，其中高压系统为驱动装置提供动力，42V系统为一般电气设 备供电，12V系统为辅助设备提供电源。,燃料电池在汽车上应用,上海神力科技有限公司120KW
11、第三代燃料电池大巴发动机车 上海神力科技有限公司承担了国家863计划“燃料电池发动机”项目,神力公司燃料电池车,神力公司燃料电池发动机所采用的技术路线，不同于国际知名的大公司如加拿大巴拉德公司(Ballard Power Systems)、美国通用汽车公司(GM)等的高压运行技术，自主开发了常压运行的燃料电池技术，系统更为简单，安全性、可靠性高，且拥有自主知识产权，已申请中国、美国专利102项。,自2002年起，神力公司为清华大学的燃料电池大巴研制了三代(第一代50kw，第二代60kw，第三代100kw)发动机。 净输出功率-100KW 最大稳定输出功率-120KW 峰值输出功率-150KW
12、电压-300-480V(可以根据用户要求调整) 电流-0-400A 能量转化效率-45%-52% 燃料存储方式-高压铝内胆、碳纤维缠绕环氧树脂浸渍的储氢罐 燃料类型-气态氢 操作环境环境温度-0-50 相对湿度-0-95% 工作温度-60-80 工作压力-常压 物理特性长宽高-1040mm680mm690mm*2 重量-560kg(不包括驱动电机) 噪声-76dB,120KW第三代燃料电池大巴发动机,同济大学参与研制的燃料电池发动机。它能在14秒内加速到80公里，最高时速达110公里，可连续行驶210公里。在车后行李箱内，放置的是可充气的氢气瓶，燃料氢气从这里沿管道进入反应器，和空气中的氧气结
13、合释放能量，提供汽车前进的动力。为防止氢气从瓶中逃逸，氢气瓶采用了铝板碳纤维的特殊材料，里面层层设防。为安全起见，在后厢内还安装了监测器，一旦氢气浓度升高，它会及时报警。经测试该车在污染排放、CO2排放、噪声、蛇行和燃料经济性方面达到A级水平。,超越二号,结语,燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各方面的集中供电系统。 在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代。因为太阳能供电虽然能替代部分能源，但它与天气有关，受气候的制约；核能利用又存在安全问题；唯有燃料电池供电，它没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，它解决了火力发电使全球环境污染的问题，它是一个纯正的绿色清洁能源。 所以，我们要加速实现燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场能源革命中有所作为，跟上全球技术发展的步伐。,
