化學電源復Z習重點)

1、新能源技術概論期末復習1 化學電源的定義。化學電源：是一種將物質(zhì)的化學能通過電化學氧化還原反應直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置或系統(tǒng)，具有儲存電能的功能。2 化學電源的主要種類與特點。一次電池：放電后不能用充電的方法使之復原，兩電極的活性物質(zhì)只利用一次。小型、攜帶方便，放電電流不大。二次電池：充電后可使之復原。能多次充放電，循環(huán)利用。燃料電池：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的化學電源。正負極本身不包含活性物質(zhì)，將燃料（電極活性物質(zhì)）輸入電池就能長期放電。儲備電池：儲存期內(nèi)電極活性物質(zhì)和電解質(zhì)不接觸，或電解質(zhì)處于固態(tài)；使用時借助動力源或水作用于電解質(zhì)使電池激活。3 化學電源的主要組成部分與作用。

2、正極和負極：參與電極反應和導電，決定電池的電性能。電解質(zhì)：保證正負極之間離子導電作用，有的參與成流反應或二次反應，或只起導電作用。隔膜：防止正、負極短路，允許離子通過。外殼：起保護作用。4 化學電源的主要參數(shù)：電動勢：電池在斷路條件下正負極間的平衡電勢之差。開路電壓：沒有通電時電池的兩電極之間的電壓，小于電池電動勢。額定電壓：電池在規(guī)定的標準條件下工作時應達到的電壓。工作電壓：在電池兩段接上負載R后，在放電過程中顯示出來的電壓。終止電壓：電池在一定標準條件下放電時，電壓逐漸降低，當電池不宜繼續(xù)放電時，電池的最低工作電壓。放電曲線：電池工作電壓隨時間變化的曲線。時率：以一定的放電電流放完額定容量

3、所需要的小時數(shù)。內(nèi)阻：電流流過電池內(nèi)部使電池電壓降低的阻力。容量：一定放電條件下，可從電池獲得的電量。比容量：單位質(zhì)量或單位體積的電池所能給出的電量。倍率：在規(guī)定時間內(nèi)，電池放出其額定容量時所輸出的電流值，數(shù)值上為額定容量的倍數(shù),通常以字母C表示。自放電：電池在儲存一段時間后，容量發(fā)生自動降低的現(xiàn)象。循環(huán)壽命：電池充電和放電一次稱為一個周期或循環(huán)。電池容量降到某一規(guī)定值之前，能反復充、放電的次數(shù)稱為循環(huán)壽命。5 什么是內(nèi)阻？包括哪些類型，內(nèi)阻過高對電池有何影響？內(nèi)阻是電流流過電池內(nèi)部使電池電壓降低的阻力。包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。電池內(nèi)阻大，會產(chǎn)生大量焦耳熱引起電池溫度升高，導致電池放電工作電壓

4、降低，放電時間縮短，對電池性能、壽命等造成嚴重的影響。6 鎳氫電池工作原理、鎳氫電池充放電時的電極反應過程、鎳氫電池如何避免過充過放過程中產(chǎn)生的氣體使電池內(nèi)壓升高。相應機理。（掌握）鎳氫電池工作原理：充電的時候，正極發(fā)生Ni(OH)2 NiOOH轉(zhuǎn)變，負極則發(fā)生水分解反應，合金表面吸附氫，生成氫化物。放電過程是上述反應的逆反應，即正極發(fā)生NiOOH轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OH)2，負極儲氫合金脫氫，在表面生成水。（1）充電反應過程MH-Ni電池充電時，正極上的Ni(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)镹iOOH，水分子在儲氫合金負極M上放電，分解出氫原子吸附在電極表面上形成吸附態(tài)的MHab，再擴散到儲氫合金內(nèi)部而被吸收形成氫化

5、物MHab。(2) 放電反應過程MH-Ni 電池放電時，NiOOH得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OH)2，金屬氫化物(MH)內(nèi)部的氫原子擴散到表面而形成吸附態(tài)的氫原子，發(fā)生電化學反應生成儲氫合金和水。過放電時，正極上可被還原的NiOOH已經(jīng)被消耗完，這時H2O在鎳電極上被還原。正極：（鎳電極）： 2H2O+2e H2+2OH負極：（儲氫合金電極）：H2+2OH2H2O+2e鎳氫電池如何避免過充過放過程中產(chǎn)生的氣體使電池內(nèi)壓升高。儲氫合金的催化作用，可消除正極產(chǎn)生的O2和H2，從而使MH-Ni電池具有耐過充過放電能力。在電池設計的時候，采用正極限容的方法，負極的容量大于正極容量。過充電時：正極上析出的氧氣

6、可以通過隔膜擴散到負極表面與氫復合，還原為H2O和OH-進入電解液，避免電池內(nèi)壓升高。過放電時：正極上析出的氫氣通過隔膜擴散到負極表面可以被儲氫合金迅速吸收，否則，在過放電時，MH電極上會析出氧，使MH合金氧化。7 用于NiMH電池負極材料的儲氫合金應滿足的條件。(a) 儲氫容量高；(b) 熱堿電解質(zhì)溶液中合金組分的化學性質(zhì)相對穩(wěn)定；(c) 反復充放電過程中合金不易粉化；(d) 良好的電和熱的傳導性；(e) 原材料成本低廉。8 鎳氫電池優(yōu)勢和應用領域。（重點掌握）鎳氫電池優(yōu)勢：(a) 能量密度高；(b) 無鎘污染，是綠色電池；(c) 大電流快速充放電；(d) 與NiCd電池具有互換性等獨特優(yōu)勢

7、。應用領域：小型便攜式電子器件，電動工具、電動車。1. 鋰離子電池工作原理。充電時，正極上的電子通過外部電路到負極, 鋰離子Li+從正極經(jīng)過電解液穿過隔膜到達負極，與電子結合在一起。放電時, 電子從負極經(jīng)過電子導體到達正極，鋰離子Li+從負極經(jīng)過電解液穿過隔膜到達正極，與電子結合在一起。無論充放電，電子和Li+都是同時行動的，方向相同但路不同。2. 鋰離子電池正極材料要求。（掌握）正極材料要求：（1）相對鋰的電極電位高，組成不隨電位變化，粒子/電子導電率高，有利于降低電池內(nèi)阻.（2）鋰離子嵌入脫嵌可逆性好，反應的體積變化小，擴散速度快，良好的循環(huán)特性和大電流特性。（3）與有機電解質(zhì)和粘結劑接觸

8、性能好，熱穩(wěn)性好，有利于延長電池壽命和提高安全性能。3. 鋰離子電池正極材料主要類型及特點。（重點掌握）(1)鈷酸鋰(LiCoO2)：層狀結構，工藝簡單，電化學性質(zhì)穩(wěn)定。優(yōu)點：可逆性、放電容量、充放電效率、電壓的穩(wěn)定性等。缺點：鈷為稀有金屬,成本高，產(chǎn)地比較集中；存在供給不穩(wěn)定問題。(2)鎳酸鋰(LiNiO2)：層狀結構，優(yōu)點：價格低廉、放電容量高；缺點：熱穩(wěn)定性差、放熱量大，存在安全問題。定比組成在循環(huán)性能方面比較優(yōu)越，但難以控制。(3)錳酸鋰(LiMn2O4)：尖晶石結構,優(yōu)點：Li的含量較少，充電后，大部分Li脫出，不易發(fā)生過充電現(xiàn)象，不用預防措施，降低成本，安全性高，Mn在自然界含量較

9、多，資源豐富、成本低。缺點：放電容量小，Mn在電解液中容易溶出，使充放電特性劣化，高溫充放電特性不好。（4）三元材料（LiNixMnyCol-x-yO2）鎳系復合氧化物，LiNi1-xMxO2(M=Co,Mn)，鎳和鈷均勻分布的產(chǎn)物提高了初期充放電效率和放電容量等。均勻性低的，產(chǎn)生結晶格子膨脹、收縮等結構變化，使鋰離子的插入、脫離反應的可逆性下降。LiNi0.6Co0.4O2與Mn復合得LiNi0.6Co0.3 Mn0.1O2，Co、Mn均勻分布的產(chǎn)物，兩者的放電容量幾乎相同（160mAh/g），而且可以有效的提高充放電壽命。用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作正極材料，更的大容量和優(yōu)異

10、的充放電循環(huán)周期特性。(5)磷酸鐵鋰(LiFePO4)橄欖石結構,具安全性，尤其耐高溫，耐過充電性能。優(yōu)點： 同屬正交晶系，結構相似，嵌脫鋰過程中晶胞參數(shù)和晶胞體積變化很小，優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性。聚陰離子團提高了材料的釋氧溫度和熱穩(wěn)定性，使材料具有高的安全特性 。原料資源豐富、價格便宜、環(huán)境友好的特點。缺點：鋰離子的擴散系數(shù)小，電子導電率低，導致其室溫下的循環(huán)性能以及高倍充放電性能不是很好.（6）復合正極材料兩種電極材料復合可以用來增強其性能，可以增加電池的循環(huán)性能。4. 鋰離子電池負極材料要求。（掌握）（1）鋰儲存量高。（2）鋰離子嵌入脫嵌反應快，固相中擴散系數(shù)大，電極電解液界面的移動阻抗小。（

11、3）鋰離子在電極材料中的存在狀態(tài)穩(wěn)定。（4）在電池的充放電循環(huán)中，碳負極材料體積變化小。（5）電子導電性高。（6）碳材料在電解液中不溶解5. 鋰離子電池碳負極材料的特點。碳負極材料：嵌鋰容量高。嵌鋰電位低且平坦，提供高而平穩(wěn)的工作電壓。容量受溶劑的影響程度較大，與有機溶劑的相容能力差。與鋰電位相近，在使用過程中石墨層之間形易成金屬鋰枝晶。6. 鋰離子電池優(yōu)勢和應用領域（重點掌握）優(yōu)勢：比能量高、充放電壽命長、安全可靠、無記憶效應、無污染、可快速充電、內(nèi)阻小、自放電率低等優(yōu)點。工作電壓高不僅節(jié)約了空間，又降低了成本?？上姵亟M合時容量不匹配造成的問題。無記憶效應，不會產(chǎn)生容量或電壓迅速衰減的問

12、題。可隨時充放電。放電過程平穩(wěn)，易于準確識別電池中存余電量。應用領域：移動電話、筆記本電腦、小型攝像機、電動自行車、摩托車、電動汽車、軍事用途。1. 堿性燃料電池的特點AFC的特點優(yōu)點：效率高可用非鉑催化劑 可以采用鎳板做雙極板。缺點：電解質(zhì)為堿性，易生成沉淀，影響電池性能水平衡問題影響電池的穩(wěn)定性。2. 磷酸型燃料電池的定義及特點磷酸型燃料電池（PAFC）：以濃磷酸為電解質(zhì)，貴金屬催化的氣體擴散電極為正、負電極的中溫型燃料電池。PAFC的優(yōu)點：發(fā)電效率在35%-43%之間，熱電聯(lián)供時，總效率為71%-85%；潔凈、對環(huán)境污染小，沒有(或很小)轉(zhuǎn)動部件，振動和噪聲污染也很??；適應多樣燃料。PA

13、FC的缺點：需要貴重金屬鉑做催化劑,需要外部的燃料處理器來重整燃料提高含氫量,降低了電池的效率增加了費用。3. 熔融碳酸鹽燃料電池的組成及特點熔融碳酸鹽燃料電池的組成：MCFC主要由燃料電極(陽極)、空氣電極(陰極)、熔融碳酸鹽電解質(zhì)及隔板等組成。優(yōu)點：1、本體發(fā)電效率較高，不需要貴金屬作催化劑；2、可使用的燃料范圍廣；3、排出的廢熱可以直接驅(qū)動燃氣輪機/蒸汽機進行復合發(fā)電，進一步提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。缺點：要較長的時間方能達到工作溫度，不能用于交通運輸，電解質(zhì)的溫度和腐蝕特性用于家庭發(fā)電不太安全。4. 質(zhì)子交換膜型燃料電池的定義及工作原理（掌握）質(zhì)子交換膜型燃料電池(PEMFC)：以全氟磺酸型

14、固體聚合物為電解質(zhì)的一類燃料電池，以鉑/炭或鉑-釕/炭為電催化劑，氫或凈化重整氣為燃料，空氣或純氧為氧化劑，帶有氣體流動通道的石墨或表面改性的金屬板為雙極板。工作原理：（以氫氣為燃料，以氧氣為氧化劑）：增濕后的氫氣通過雙極板上的氣體通道穿過陽極擴散層，到達電池的陽極催化劑層，并吸附于催化劑層中。1. 吸附于陽極催化劑層中的氫氣在鉑催化劑的作用下，發(fā)生陽極反應，在陽極上產(chǎn)生電子。2. H2 2H+ 2e-或：nH2O + 1/2H2 H+·nH2O + e-3. 隨后，H+或H+·nH2O進入質(zhì)子交換膜，通過與膜中磺酸基上的H+進行質(zhì)子交換到達電池陰極。同時，增濕的氧氣也穿過

15、雙極板上的氣體通道和擴散層，吸附于陰極電催化劑層中。4. 吸附于陰極催化劑中的氧氣與交換而來的H+在鉑催化劑的作用下，發(fā)生陰極反應：1/2O2+ 2H+ + 2e H2O在陰極上電子被吸收，陽極氫在較低電位下氧化，陰極氧在較高電位下還原，兩極間產(chǎn)生電位差，將外電路連接就會形成電流，向外電路輸出電能。理論上PEMFC的轉(zhuǎn)化率可超過80%。5. 固體氧化物燃料電池優(yōu)缺點。（掌握） SOFC優(yōu)點：(1)單電池可以由傳統(tǒng)的陶瓷工藝制成，電解質(zhì)和電極的厚度小，縮短了離子和電子的傳輸距離，降低了電池中的內(nèi)耗；（2）全固態(tài)，無液態(tài)電極腐蝕和電解質(zhì)液滲漏等問題（3)工作溫度在600-800之間，金屬

16、可以作為其連接體材料，改善了電池的導電、導熱性能，并使得生產(chǎn)成本降低缺點：在高溫下才具有良好的電導率，存在著許多的缺點，如封裝困難、穩(wěn)定性能差、電極和連接材料的腐蝕，影響燃料電池的使用壽命，也使得電池的制作成本與運行成本高。6. 微生物燃料電池的定義。微生物燃料電池（MFC)：利用微生物的作用進行能量轉(zhuǎn)換(如碳水化合物的代謝或光合作用等)，把呼吸作用產(chǎn)生的電子傳遞到電極上的裝置。7. 燃料電池優(yōu)勢和應用領域（重點掌握）燃料電池具有高效率、無污染、無噪聲、功率密度高、工作溫度低、啟動快、使用壽命長等優(yōu)點。在固定電站、電動車、軍用特種電源、可移動電源等方面都有廣闊的應用前景。1. 全釩液流電池（V

17、RB）的工作原理及特點。（掌握）全釩液電池將具有不同價態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負極的活性物質(zhì)，分別儲存在各自的電解液儲罐中。在對電池進行充放電時，電解液通過泵的作用，由外部儲液罐分別循環(huán)流經(jīng)電池的正極室和負極室，并在電極表面發(fā)生氧化和還原反應，實現(xiàn)電池的充放電。充電時，負極電解液V3 +在電極表面得到電子變?yōu)閂2+，正極電解液V4 +失去電子變?yōu)閂5 +；放電時，負極表面V2+失去電子變?yōu)閂3 + ，電子通過電極傳遞流向負載而達到正極，在正極表面V5+失去電子變?yōu)閂4 + 。優(yōu)點：1）循環(huán)壽命很長；2）充放電深度和電池的壽命幾乎沒有關系；3） 頻繁充放電對電池的壽命幾乎沒有影響；4）電池容

18、量可實時監(jiān)測。缺點：1）體積大；2）對環(huán)境溫度要求太高；3）價格偏貴4）系統(tǒng)較復雜。2. 鈉硫電池的定義。鈉硫電池：是一種以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作溫度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應，形成能量的釋放和儲存。優(yōu)點：能量密度大、使用壽命長、原材料易得、無自放電記憶效應。缺點：工作時需一定的加熱保溫，S易燃。1. 二次能源：過程性能源（電能）、含能體能源（汽油、柴油）2. 氫的性質(zhì)和特點：(1) 來源廣、(2) 燃燒熱值高、(3) 清潔（無色無味無毒）、(4) 燃燒穩(wěn)定性好，易做到比較完善的燃燒，燃燒效率很高、(5) 存在形式多（氣態(tài)、液態(tài)或

19、固態(tài)金屬氫化物），能適應貯運及各種應用環(huán)境的不同要求。3. 如何實現(xiàn)氫經(jīng)濟:現(xiàn)有能源體系向氫能體系過渡的計劃：第一階段為相關技術的研發(fā)階段，在此基礎上做出是否商業(yè)化的決策，此階段中政府將起到主導作用；在第二階段氫能初步進入市場，開始實現(xiàn)商業(yè)化，并在國家政策的引導下開始與氫能相關的基礎建設投資；第三階段氫能源和運輸系統(tǒng)實用化，市場和基建投資規(guī)模不斷擴大；第四階段為市場與基礎建設均已完善的階段，氫能源和運輸系統(tǒng)廣泛應用于各個領域，完全實現(xiàn)“氫經(jīng)濟”。對于未來的“氫經(jīng)濟”而言，氫的應用技術主要包括：燃料電池、燃氣輪機(蒸汽輪機)發(fā)電、內(nèi)燃機和火箭發(fā)動機。4.真正的“氫經(jīng)濟”距離人們的日常生活還比較遙

20、遠，主要原因是氫能的大規(guī)模利用離不開大量廉價氫的獲得和安全、高效的氫氣儲存與輸送技術，以及應用技術的開發(fā)。而現(xiàn)階段的科技水平與這些條件相比尚存在一定差距，急需解決很多技術方面的難題。5.天然氣制氫（主要成分是甲烷，其它成分為水、其它碳氫化合物、H2S、N2和COx。）(1)甲烷蒸汽重整： CH4 + H2O = CO + 3H2 H = + 49 kcalmol 水氣轉(zhuǎn)化反應 CO + H2O = CO2 + H2 H = - 10 kcalmol 隨著反應的進行，蒸汽有可能被CO2取代，因此會發(fā)生下面的反應： CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 H = + 59 kcalmol 上述

21、反應均需催化劑的存在，最常用的催化劑是Ni。根據(jù)Le Chtelier理論，反應溫度更高時，平衡狀態(tài)下甲烷含量下降，CO含量增多，且甲烷含量隨壓力增大而增大，隨H2O/C比值增大而下降。(2)絕熱預重整: H2O/C比值較小及催化反應溫度較低時，若原料氣中高級烴含量較高，則整個反應只吸收極少的熱量甚至放熱，生成的CO重新甲烷化，在這種情況下，不需要任何外加熱量即可維持反應進行。若不進行預重整，則記憶在催化劑表面形成焦炭，影響壽命。(3)部分氧化: CH4 + 1/2 O2 = CO + 2H2 H = - 9 kcalmol 用/不用催化劑均可。(4)自熱重整: CH4 + xO2 + (22

22、x) H2O = CO2 + (42x) H2 6.機械設計填充催化劑的圓管排列成一行，在爐墻上安裝4-6個燒嘴，便于控制輸入圓管的熱量，在各種操作條件下均可保持最佳的溫度分布。熱氣體經(jīng)過耐火通道離開輻射室，氣體余熱可加以利用。原料氣通過絲狀進口(又稱“豬尾管”)由分布頭進入管道，豬尾管連接在重整爐管壁上，允許使用較高的預熱溫度。重整爐出口有兩種設計，一種是產(chǎn)物氣通過爐外的接口進入耐火材料制成的集氣管中；另一種出口采用豬尾管設計，同時使用集熱器。7.煤氣化：煤與氣化劑在一定溫度、壓力等條件下發(fā)生化學反應而轉(zhuǎn)化為煤氣的工藝過程。煤氣化技術分為地面氣化技術(即將煤放在氣化爐內(nèi)氣化)和地下氣化技術(

23、即讓煤直接在地下煤層中氣化)。煤氣化制氫主要包括三個過程：造氣反應、水煤氣轉(zhuǎn)化反應、氫的純化與壓縮。煤地下氣化技術：將地下處于自然狀態(tài)下的煤進行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用及化學作用產(chǎn)生可燃氣體，這一過程在地下氣化爐的氣化通道中由3個反應區(qū)域氧化區(qū)（O2與煤層中的碳發(fā)生多相化學反應，產(chǎn)生大量的熱，使氣化爐達到氣化反應所必需的溫度條件。）、還原區(qū)（CO2和H2O(氣態(tài))與熾熱的煤層相遇，在足夠高的溫度下，CO2還原成CO，H2O(氣態(tài))分解成H2。）和干餾干燥區(qū)（煤層在高溫作用下，揮發(fā)組分被熱分解，而析出干餾煤氣，在出氣孔側，過量的水蒸汽和CO發(fā)生變換反應。）來實現(xiàn)。8. 煤炭地下氣化過程中氫

24、氣主要來自3個方面，即蒸汽的分解(高溫碳與蒸汽作用生成CO和H2)、干餾煤氣和CO的變換反應(生成的CO再與水蒸氣作用)。9. 其他化石燃料制氫法重油部分氧化主要為烴類與氧氣、蒸汽反應生成氫氣和碳氧化物，為放熱反應。天然氣熱解制氫以天然氣等化石燃料為原料，利用一步熱催化分解技術制備氫氣。10.堿性水溶液電解制氫主要涉及如下反應：陽極：4OH- - 4e 2H2O + O2 陰極：2H2O + 2e H2 + 2OH- 總反應：2H2O 2H2 + O2 11.法拉第第二定律：當一定的電量通過一系列電解質(zhì)溶液時，電極上析出物質(zhì)的量同它們的電化當量成正比，即析出1 mol的任何物質(zhì)都需要96,50

25、0 C電量。12.法拉第第一定律：電極上析出的物質(zhì)的量與通過電解質(zhì)的電量成正比，G(化學反應生成物的量）=Ke（電化當量，數(shù)值為化學當量除以法拉第常數(shù)）I（通過的直流電流t（通電時間）13. 電解電壓（1.752.0V）必須大于水的理論分解電壓（1.23V），以克服電流流過電解池時產(chǎn)生的各種電阻電壓降和電極極化電位。14. 電解槽按電氣連接方式來分，可分為單極性和雙極性電解槽；按結構特點來分，可分為箱式和壓濾式電解槽。單極性電解槽是箱式的；雙極性電解槽可以是箱式的，也可以是壓濾式。單極性電解槽：低電壓、高電流、制造簡單、使用維修、拆卸方便、電解液不用分離、單位電極面積成本低、一個電極發(fā)生故障不

26、影響整個電解槽運行、體積大、小室電壓高、電解液不能充分循環(huán)、電解槽不能保持一致的溫度、需要很粗的銅線。雙極性電解槽：槽體小、不需要母線、低電流、高電壓、簡化工藝調(diào)節(jié)系統(tǒng)、可在加壓情況下運行、設計制造復雜。15.電解槽組成：由若干小室組成、每個小室主要包括電極（含陽極和陰極）、電解質(zhì)、隔膜。16.以固體聚合物為電解質(zhì)的電解槽有什么特點：相同電壓下電流密度更高、體積小、重量輕、固體聚合物電解質(zhì)性能穩(wěn)定、電極結構簡單，易于確定催化活性的最佳條件、安全可靠、使用方便、有效壽命長。17. 固體聚合物電解質(zhì)電解制氫所面臨的問題及今后研究領域：化學穩(wěn)定性和力學性能好、導電性高、價格便宜的固體聚合物電解質(zhì)，以

27、及不易氫脆、價格低廉的集電器材料和高效便宜的電催化劑。研究催化活性機理、催化活性與催化劑幾何形狀的關系，以及催化劑與環(huán)境之間的反應。降低催化電極上貴金屬填充量、減少固體聚合物薄膜厚度、提高電解質(zhì)工作溫度、擴大電極有效面積、減小電極之間間隙。18能夠產(chǎn)氫的微生物主要有兩個類群：光合生物和發(fā)酵細菌，體內(nèi)存在著特殊的氫代謝系統(tǒng)，其中固氮酶和氫酶發(fā)揮了重要作用。O2對固氮酶和氫酶的活性均有抑制作用。19.生物制氫有3種方法：光合生物產(chǎn)氫（以水為原料利用光能通過生物體制取氫氣）；發(fā)酵細菌產(chǎn)氫；光合生物與發(fā)酵細菌的混合培養(yǎng)產(chǎn)氫。特點：氫技術具有清潔、節(jié)能和不消耗礦物資源等突出優(yōu)點。作為一種可再生資源，生物

28、體又能進行自身復制、繁殖，還可以通過光合作用進行物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換，這一種轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以在常溫、常壓下通過酶的催化作用得到氫氣。20.欲使生物制氫技術盡快達到工業(yè)化生產(chǎn)水平，未來的研究應注重以下4個方面：應充分重視對發(fā)酵產(chǎn)氫微生物的研究。尋求菌種培養(yǎng)容易、啟動快的方法。利用高濃度有機廢水制取氫氣，并注重耐酸菌種的選育。 研制可以達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的生物制氫反應設備。21.任何光解水的光化學反應都需要光敏化劑（在太陽的波長范圍內(nèi)每吸收一個光子通常只會導致一個電子的轉(zhuǎn)移）。(i) 光敏化劑PS吸收可見光產(chǎn)生受激的具有氧化還原特性的產(chǎn)物PS* 。(ii) 化合物R（在光敏化劑和催化劑之間傳遞電子，協(xié)調(diào)電子

29、的收集）在受激的PS *發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應形成電荷對PS+和R-，R被還原。(iii) 第三部分化合物能收集電子，并且促進和水的電子交換。一些特別的氧化還原催化劑Cat可以用來收集和轉(zhuǎn)移電子。22.光解水技術研究進展緩慢的主要原因在于：(1) 在實際的應用中，捕獲劑必須在經(jīng)過千百次的使用后還能保持原來的活性。(2) 由光捕獲劑激發(fā)的分子必須在溶液中擴散，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。(3)需要通過一些特別的手段和方法來降低能量的損失和電荷的復合。22. 半導體光解水原理TiO2為N型半導體，價帶與導帶之間的禁帶寬度為3.0ev左右，當其受到能量相當或高于禁帶寬度的光照輻射時，半導體中的電子受激發(fā)從價帶躍遷到導帶

30、，產(chǎn)生電子空穴對，水在電子空穴對作用下電離成H2、O2。23為了進行水的光電解反應必須滿足的條件：禁帶寬度應大于水中氫和氧的化學勢之差。光的量子能量應大于禁帶寬度。N/P型半導體的平帶電勢應比析氫電位負（正）。電子空穴的費米能級能達到析出氫氧的電化學勢級。24. 其它制氫技術甲醇重整：很高的H/C比(4:1)、低沸點及實用性。H2S分解制氫：吸收很大的熱量，且轉(zhuǎn)化率很低25. 氫氣的提純當流體與多孔固體接觸時， 流體中某一組分或多個組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄，此現(xiàn)象稱為吸附。物體把外界的某些物質(zhì)吸到內(nèi)部，物質(zhì)從一種介質(zhì)相進入另一種介質(zhì)相的現(xiàn)象。此現(xiàn)象稱為吸收。液化儲氫是一種深冷的液氫貯存技術。（

31、儲存時間長、氣體量大、電價低廉），正氫轉(zhuǎn)化為仲氫是放熱過程，該過程釋放的熱量大于沸點溫度下兩者的蒸發(fā)潛熱，在液氫貯存灌中若存在未轉(zhuǎn)化的正氫，就會在緩慢的轉(zhuǎn)化過程中釋放熱量，造成液氫的蒸發(fā)（10天50%）。目前氫氣的運輸方式主要包括壓縮氫氣和液氫兩種氫氣儲存可分為物理法和化學法兩大類。氫氣液化流程中主要包括加壓器、熱交換器、渦輪膨脹機和節(jié)流閥。最簡單的氣體液化流程為Linde或Joule-Thompson流程，也稱節(jié)流循環(huán)。帶膨脹機的液化循環(huán)（克勞特循環(huán)）特點： 絕熱條件下，壓縮氣體經(jīng)膨脹機（分活塞式和渦輪式）膨脹并對外做功，可獲得更大的溫降和冷量。無需考慮氫氣的轉(zhuǎn)化溫度（無需預冷），可一直保持

32、制冷過程。只能對氣流實現(xiàn)制冷，不能進行冷凝過程（液體會損壞葉片）。金屬氫化物儲氫： 在室溫和常壓條件下能迅速吸氫并反應生成氫化物，使氫以金屬氫化物的形式貯存起來，在需要的時候，適當加溫或減小壓力使這些貯存著的氫釋放出來以供使用。液氫儲罐：（容積3800m3）蒸發(fā)損失量與容器表面積和容積的比值(S/V)成正比，因此最佳的儲罐形狀為球形，而且球形儲罐還有另一個優(yōu)點，即應力分布均勻，因此可以達到很高的機械強度。唯一的缺點是加工困難，造價昂貴。絕熱材料：可承重、不可承重且絕熱熱溢原因：液體平均比焓高于飽和溫度下的值、蒸發(fā)損失不均勻，形成不穩(wěn)定層化，氣壓突降。操作壓力低于液氫處于飽和溫度所需壓力。不同儲

33、氫技術的特點比較：氣態(tài)儲氫：能量密度低，不太安全；液態(tài)儲氫：能耗高，對儲罐絕熱性能要求高；固態(tài)儲氫優(yōu)勢：體積能量密度高；無需高壓及隔熱容器；安全性好，無爆炸危險；可得到高純氫氣，提高氫氣附加值；金屬材料密度大，儲氫質(zhì)量分數(shù)較低。儲氫材料應具備的條件：1、容易活化，氫的吸儲量大；2、用于儲氫是生成熱量盡量小，而用于蓄熱是生成熱量盡量打；3、在一個很寬的組成范圍內(nèi)，應具有溫度合適的平衡分解壓（室溫分解壓2-3atm）4、氫吸收和分解過程中的平衡壓差小。5、氫的俘獲和釋放速度快；6、金屬氫化物的有效熱導率大；7、反復吸、放氫的循環(huán)過程中，合金的粉化小，穩(wěn)定。8、對不純物如O，N，CO，水等耐中毒能力

34、強；9、價格低廉。需關注的影響儲氫材料吸儲能力的因素：活化處理、耐久性和中毒、粉末化、儲氫材料的導熱性、滯后現(xiàn)象和坪域、安全性為了弄清納米結構炭材料是否具有儲氫前景以及什么結構的納米炭材料更適于儲氫，首先需要解決以下幾個問題：(1)納米結構炭材料儲氫測試方法的標準化。(2)儲氫用納米結構炭材料的結構評價。(3)儲氫用納米結構炭材料特別是較大直徑單壁碳納米管的制備、純化和改性技術的研究。(4)納米結構炭材料的儲氫機制。四沖程發(fā)動機工作過程：進氣、壓縮、膨脹、排氣。壓縮氫氣可采用高壓氣瓶、拖車或管道輸送，氣瓶和管道的材質(zhì)可直接使用鋼材。氫特點：密度小、擴散速度大、混合氣均勻、燃燒速度快、空燃比大、

35、所占體積大、最高火焰溫度高、釋放單位熱量所需燃料體積大、氫燃燒后分子變更系數(shù)減小、氫氣與空氣燃燒范圍寬、著火溫度高、最小點火能量低、燃燒產(chǎn)物含有害成分氮氧化物火焰熄滅距離更短、自燃溫度高泄漏性：氫是最輕的元素，比其他液體或氣體燃料更容易從小孔中泄漏，并且氫的聲速很大，所以泄漏也很快。氫脆：鋼長期暴露在氫氣中，尤其是高溫下，其強度會大大降低，導致失效。氫氣中含有極性雜質(zhì)，會強烈的阻止生成氫化物。只有在金屬純度極高且表面潔凈的條件下，放置在不含雜質(zhì)的極純氫氣中，才有利于生成氫化物，發(fā)生氫脆。氫的擴散：如果發(fā)生泄漏，氫會很快擴散，氫具有很大的浮力（快速上升）和更大的擴散性（橫向移動）氫氧混合物燃燒范圍：4%75%爆炸下限：1318.3 上限：59染料敏化電池原理組成：主要由透明導電基片、多孔納米晶薄膜（例如TiO2）、染料敏化劑、電解質(zhì)溶液(含超敏化劑)和對電極組成。有機工作原理: 有機半導體產(chǎn)生的電子和空穴束縛在激子(excitons)之中,電子和空穴在界面(電極和導電聚合物的結合處)上分離。CdTe特性：CdTe是公認的高效廉價的薄膜電池材料。CdTe是