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1、应用电化学论文作业题目燃料电池的发显现状及研究进展学院化学与化学工程学院专业班级制药134班姓名郭莹莹纲要燃料电池是一种洁净高效的能源利用方式，它是一种能够连续将化学能转化为电能的能量变换装置。发展燃料电池关于改良环境和实现能源可连续发展有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及燃料电池的长处，详尽论述了燃料电池此刻的发显现状和未来研究远景的展望。要点词：燃料电池变换装置应用发展1 燃料电池的工作原理及分类燃料电池(FuelCell，FC)是把燃猜中的化学能经过电化学反响直接变换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包含质子互换膜燃料电池(ProtonExchangeMembran
2、eFuelCell，PEM-FC)、磷酸燃料电池(PhosphoricAcidFuelCell，PAFC)、碱性燃料电池(AlkalineFuelCell，AFC)、固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)及熔融碳酸盐燃料电池(MoltenCarbonateFuelCell，MCFC)等。以质子互换膜燃料电池为例，主要零件包含:膜电极组件(MembraneElec-trodeAssembly，MEA)、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反响的核心零件，由阴阳很多孔气体扩散电极和电解质隔阂构成。电解质隔阂双侧分别发生氢氧化反响与氧复原反响，电子经过外电路作功，反响
3、产物为水。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为07V左右。为了知足必定应用背景的功率需求，燃料电池往常由数百个单电池串连形成燃料电池堆或模块。所以，与其余化学电源同样，燃料电池的均一性特别重要。燃料电池发电原理与原电池近似(见图1)，但与原电池和二次电池比较，需要具备一相对复杂的系统，往常包含燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统，其工作方式与内燃机近似。理论上只需外面不停供应燃料与氧化剂，燃料电池就能够续发电。图1PEMFC基根源理燃料电池从发明到现在已经经历了100多年的历程。于能源与环境已成为人类社会赖以生计的要点问题。近20年以来，燃料电池这类高效、干净的能量转变妆置获取了各国
4、政府、开发商及研究机构的广泛重视。燃料电池在交通运输、便携式电源、分别电站、航空及水下潜器等民用与军用领域显现出广阔的应用远景。当前，燃料电池汽车、电站及便携式电源等均处于示范阶段，在商业化道路上还需要解决成本、寿命等一些瓶颈问题。成本和寿命是互相联系的，同时知足二者需求是实现民用燃料电池应用所面对的主要挑战。航天飞机、潜艇动力用燃料电池当前国际上均已应用，在只重视寿命、靠谱性的特别领域，现有燃料电池技术是能够知足应用需求的。所以，据不一样的应用背景采用不一样的技术路线，是拟订燃料电池技术发展战略的重要基础。2 燃料电池的长处燃料电池作为第四种发电方式的装置，与其余几种发电方式比较起来有以下几
5、个主要长处：（1）燃料电池是经过燃料与氧化剂的化学反响直接将化学能转变为电能，没有中间的能量转变环节，因此这类发电方式能量转变效率可高达50。还可回收发电过程中产生的余热。若把产生的余热再用于发电或供暖、供水等，综合考虑效率能达到80。（2）燃料电池发电过程，机械零件极少，噪声低；化学反响的排出物主假如水蒸气等干净的气体，不会污染环境。在环境污染日益严重的今日，燃料电池的这个长处特别难得。（3）燃料电池中所使用的燃料，既但是天然气、煤气和液化燃料，也能够是甲醇、沼气以致木柴。可依据不一样地域的详细状况，采用不一样的燃料用于燃料电池的发电系统，这可广开燃料根源门路，缓解能源紧张。（4）燃料电池从
6、中止运行到再启动，输电能力上升速度快，并可在短时间内增添和减少电力输出。所以将这类发电系统与其余输电网连结使用最为有益，可随时增补电网在用电顶峰时所需的部分电能。（5）燃料电池自己为一个“组合体”，所用零件可预先在工厂生产，而后组装；它的体积小，拆装都很方便，这可节俭建电站的时间。3 燃料电池的应用和研究进展碱性燃料电池(AFC)是最早开发的燃料电池技术,在20世纪60年月就成功的应用于航天飞翔领域。磷酸型燃料电池(PAFC)也是第一代燃料电池技术，当前最为成熟的应用技术，经进入了商业化应用和批量生产。因为其成本太高,当前只好作为地区性电站来现场供电、供热。熔融碳酸型燃料电池(MCFC)是第二
7、代燃料电池技术,主要应用于设施发电。固体氧化物燃料电池(SOFC)以其全固态构造、更高的能量效率和对煤气、天然气、混淆气体等多种燃料气体宽泛适应性等突出特色,发展最快,应用宽泛,成为第三代燃料电池。前正在开发的商用燃料电池还有质子互换膜燃料电池(PEMFC)。它拥有较高的能量效率和能量密度,体积重量小,冷启动时间短,运行安全靠谱。此外,因为使用的电解质膜为固态,可防止电解质腐化。燃料电池技术的研究与开发已获得了重要进展,技术渐渐成熟,并在必定程度上实现了商业化。作为21世纪的高科技产品,燃料电池已应用于汽车工业、能源发电、船舶工业、航空航天、家用电源等行业，受各国政府的重视。下边主要介绍几种当
8、前研究较热的燃料电池。固体氧化物燃料电池（SOFC）固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能变换成电能的全固态能量变换装置,拥有一般燃料电池的构造。固体氧化物燃料电池致使密的固体氧化物作电解质,在高温8001000下操作,反响气体不直接接触,所以能够使用较高的压力以减小反响器的体积而没有焚烧或爆炸的危险。当前正在研制开发的新一代固体氧化物燃料电池,其特色是鉴于薄膜化制造技术,是典型的高温陶瓷膜电化学反响器,我们可称其为陶瓷膜燃料电池。这类提法不一样于燃料电池的一般命名法,更着眼于电解质资料和构型的设计。我国已成功研制了中温(500750)陶瓷膜燃料电池的要点资料,发展
9、了多种薄膜化技术(流延法、丝网印刷法、悬浮粒子法、静电喷雾法、化学气相淀积法等),获取了厚度520m的薄层固体电解质,比传统工艺制造的150200m电解质薄板减薄了一个数目级,单电池的输出功率达到了500600mW/cm2。燃料气除氢气之外,还能够直接以天然气、生物质气为原料。近来,西门子-西屋企业已经达成了以天然气为燃料,内重整的100kW级管状电池的现场试验发电系统,试运行了4000h,电池输出功率达127kW,电效率为53%。氢燃料电池（RFC）氢燃料电池是使用这类化学元素，制造成储藏能量的电池。其基根源理是电解水的逆反响，把氢和氧分别供应阴极和阳极，氢经过阴极向外扩散和电解质发生反响后
10、，放出电子经过外面的负载抵达阳极。20世纪60年月，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。来回于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这类体积小、容量大的装置。进入70年月此后，跟着人们不停地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。大型电站，不论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但因为各用电户的负荷不一样，电网有时体现为顶峰，有时则体现为低谷，这就会致使停电或电压不稳。此外，传统的火力发电站的焚烧能量大概有70%要耗费在锅炉和汽轮发电机这些宏大的设施上，焚烧时还会耗费大批的能源和排放大批的有害物质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接变换
11、为电能，不需要进行焚烧，可达60%80%，并且污染少、噪音小，装置小大由之，特别灵巧。氢的化学特征活跃，它可同很多金属或合金化合。某些金属或合金汲取氢以后，形成一种金属氢化物，此中有些金属氢化物的氢含量很高，甚至高于液氢的密度，并且该金属氢化物在必定温度条件下会分解，并把所汲取的氢开释出来，这就构成了一种优秀的贮氢资料。直接甲醇燃料电池（DMFC）直接甲醇燃料电池（DirectMethanolFuelCell，DMFC）属于（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）中的类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供应根源，而不需经过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发
12、电。相较于质子互换膜燃料电池(PEMFC)，直接甲醇燃料电池(DMFC)具备低温快速启动、燃料干净环保以及电池构造简单等特征。这使得直接甲醇燃料电池(DMFC)可能成为未来便携式电子产品应用的主流。这类电池的希望工作温度为120，比标准的质子互换膜燃料电池略高，其效率大概是40%左右。其弊端是当甲醇低温变换为氢和二氧化碳时要比惯例的质子互换膜燃料电池需要更多的白金催化剂。可是，这类增添的成本能够因方便地使用液体燃料和勿需进行重整便能工作而黯然失色。直接甲醇燃料电池使用的技术仍处于其发展的初期，但已成功地显示出能够用作挪动电话和膝上型电脑的电源，未来还拥有为指定的终端用户使用的潜力。4 燃料电池
13、商业化远景因为燃料电池需要甲醇、烃类等燃料、催化剂以及聚合物电池膜等,燃料电池的市场化给化学品生产商、能源企业以及汽车制造商的合作创建了机会,带来了丰重收益。跟着燃料电池技术的快速发展,新式电池资料的需求增添。使用热固性资料、热塑性塑料、弹性体、纳米纤维和其余资料(如炭黑、镍和铂)可提升燃料电池导电率、耐腐化性和热稳固性,同时使其塑性变形小、尺寸稳固且能阻燃。燃料电池生产商对这些资料特别感兴趣,此刻很多制造商正加紧开发高性能电池资料。泰科纳工程塑料企业拟把工程塑料用于燃料电池上,除了耐化学品和有极好的物理性能外,该聚合物还可降低生产成本,大大减少重量。此外,合用的聚合物还有聚甲醛、聚苯硫醚和液
14、晶聚合物等。综上所述,燃料电池在电池资料及燃料制备技术上有了长足的进步,但规模化应用还需要在高技术化和低成本化方面做更多的工作,才能进一步推向市场。5 结论燃料电池经过近半个多世纪的发展，已经实现了在航天飞机宇宙飞船及潜艇等特别领域的应用，而民用方面因为受寿命与成本的限制，到现在在电动汽车电站便携式电源或充电器等各行业还处于示范阶段。未来我国应鼎力推动燃料电池在特别领域的应用，加强我国的国防军事实力；同时，要集中解决寿命与成本兼备问题，从资料零件系统等三个层次进行技术改良与创新，加速燃料电池民用商业化步伐，供应高能效环境友善的燃料电池发电技术，为成立低碳减排不依靠于化石能源的能量转变技术新系统做贡献。参照文件：1 蔡可心.?J.乡村电气化.2009(01)2 王萍,徐志兵,操璟璟.?J.节能技术.2008(06)3 吴刚强,郎中敏,王少青.?J.内蒙古石油化工.2008(21)4 索春色,刘晓为.?J.电池工业.2008(05)5 侯明,衣宝廉.?J.电源技术.2008
