淺析燃料電池研究進(jìn)展及應(yīng)用3300字

1、淺析燃料電池研究進(jìn)展及應(yīng)用3300字 摘要: 燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，能將外界提供的燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。本文介紹了原電池的工作原理、特點(diǎn)和分類，并詳細(xì)闡述了原電池的研究進(jìn)展和應(yīng)用。 畢業(yè)關(guān)鍵詞: 燃料電池工作原理應(yīng)用Abstract: Fuel cell is a kind of high efficient and environmentally friendly power generation device, it can transform the outside chemical energy of the fuel and oxidizer dire

2、ctly into electrical energy. This paper introduces the original battery working principle, characteristic and classification, and expounds the research progress and application of the battery.Keywords: fuel cells work principle is applied 隨著全世界對(duì)能源的需求日益增加以及人類對(duì)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注,采用清潔、高效的能源利用方式、積極開發(fā)新能源已經(jīng)是勢(shì)在必行。燃料電

3、池是一種電化學(xué)的發(fā)電裝置,等溫的按電化學(xué)方式,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而不必經(jīng)過熱機(jī)過程,因此能量轉(zhuǎn)化效率高,且無(wú)噪音,無(wú)污染,正在成為理想的能源利用方式。 1. 燃料電池的工作原理 燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置,它是按電化學(xué)原理,即原電池工作原理,等溫的把貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,因此實(shí)際過程是氧化復(fù)原反響,其工作原理如圖1所示。燃料電池主要由四局部組成,即陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和外部電路。燃料氣和氧化氣分別由燃料電池的陽(yáng)極負(fù)極和陰極正極通入。燃料氣在陽(yáng)極負(fù)極上放出電子,電子經(jīng)外電路傳導(dǎo)到陰極正極并與氧化氣結(jié)合生成離子。離子在電場(chǎng)作用下,通過電解質(zhì)遷移到陽(yáng)極上,與燃料氣反響,構(gòu)成回

4、路,產(chǎn)生電流。同時(shí),由于本身的電化學(xué)反響以及電池的內(nèi)阻,燃料電池還會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。電池的陰、陽(yáng)兩極除傳導(dǎo)電子外,也作為氧化復(fù)原反響的催化劑。當(dāng)燃料為碳?xì)浠衔飼r(shí),陽(yáng)極要求有更高的催化活性。陰、陽(yáng)兩極通常為多孔構(gòu)造,以便于反響氣體的通入和產(chǎn)物排出。電解質(zhì)起傳遞離子和別離燃料氣與氧化氣的作用。為阻擋兩種氣體混合導(dǎo)致電池內(nèi)短路,電解質(zhì)通常為致密構(gòu)造。 圖1燃料電池工作原理示意圖2燃料電池的分類 目前各國(guó)開發(fā)的燃料電池種類多,應(yīng)用范圍廣泛,分類方法也多種多樣。燃料電池有不同的分類方法，本文主要介紹按電解質(zhì)種類分類中的兩種燃料電池。氫燃料電池和直接甲醇燃料電池)3燃料電池的優(yōu)點(diǎn)燃料電池是一種直接將燃料

5、的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。從理論上來(lái)講,只要連續(xù)供應(yīng)燃料,燃料電池便能連續(xù)發(fā)電,被譽(yù)為“綠色發(fā)電站。燃料電池的優(yōu)點(diǎn):(1)發(fā)電效率高。理論上, 它的發(fā)電效率可到達(dá)85% 90% ,但由于工作時(shí)各種極化的限制,目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率約為40% 60%。 (2)環(huán)境污染小。 (3)比能量高。 (4)噪音低。 (5)燃料范圍廣。 (6)負(fù)荷調(diào)節(jié)靈敏,可靠性高。當(dāng)燃料電池的負(fù)載有變動(dòng)時(shí),它會(huì)很快響應(yīng)。由于燃料電池的運(yùn)行高度可靠,可作為各種應(yīng)急電源和不連續(xù)電源使用。(7)易于建立。燃料電池具有組裝式構(gòu)造,安裝維修方便,不需要很多輔助設(shè)施。燃料電池電站的設(shè)計(jì)和制造相當(dāng)方便。4燃料電池的應(yīng)用和研究進(jìn)展4

6、. 1氫燃料電池(RFC) 氫燃料電池以氫氣為燃料,與氧氣經(jīng)電化學(xué)反響后透過質(zhì)子交換膜產(chǎn)生電能。氫和氧反響生成水,不排放碳化氫、一氧化碳、氮氧化物和二氧化碳等污染物,無(wú)污染,發(fā)電效益高。60年代,氫燃料電池就已經(jīng)成功應(yīng)用于航天領(lǐng)域?！鞍⒉_飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。70年代至今,隨著制氫技術(shù)的開展,氫燃料電池在發(fā)電、電動(dòng)車和微型電池方面的應(yīng)用開發(fā)獲得了許多成果。目前,氫燃料電池的發(fā)電熱效率可達(dá)65%85%,重量能量密度500700 Wh /kg,體積能量密度1 0001 200Wh /L,發(fā)電效率高于固體氧化物燃料電池。將氫燃料電池用于電動(dòng)車,與燃油汽車比擬,除本錢外,各方面性能均

7、優(yōu)于現(xiàn)有的汽車。只要進(jìn)一步降低本錢,預(yù)計(jì)不久就會(huì)有實(shí)用的電動(dòng)車問世。基于以上情況,各國(guó)都在加緊對(duì)氫氣作燃料的燃料電池開發(fā)。德國(guó)已陸續(xù)推出了各種燃?xì)淦?。我?guó)在廣東汕頭南澳島建立了電動(dòng)汽車試驗(yàn)區(qū),有近20輛電動(dòng)車和混合動(dòng)力汽車投入試驗(yàn)。從總體程度上看,我國(guó)的氫能和氫燃料電池的研究開發(fā)工作與國(guó)外一些興旺國(guó)家相比,還有一定差距。 目前主要的大規(guī)模產(chǎn)氫方式是以煤、石油、天然氣為原料加熱制氫,需要800以上的高溫,轉(zhuǎn)化爐等設(shè)備需要特殊材料,且合適小規(guī)模制氫。近來(lái)開展了甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫,這種制氫方式反響溫度低( 260 280) ,工藝條件緩和,能耗約為前者的50% 。甲醇還具有宜于攜帶運(yùn)輸,可以像汽油一

8、樣加注等優(yōu)點(diǎn)。因此,甲醇轉(zhuǎn)化氫氣已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。另外,金屬氫化物儲(chǔ)氫、吸附儲(chǔ)氫技術(shù)的研究也對(duì)車載儲(chǔ)氫和制氫提供了途徑。4. 2直接甲醇燃料電池(DMFC) 直接以甲醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池通常稱為直接甲醇燃料電池(DMFC) 。膜電極主要由甲醇陽(yáng)極、氧氣陰極和質(zhì)子交換膜( PEM)構(gòu)成。陽(yáng)極和陰極分別由不銹鋼板、塑料薄膜、銅質(zhì)電流搜集板、石墨、氣體擴(kuò)散層和多孔構(gòu)造的催化層組成。其中,氣體擴(kuò)散層起支撐催化層、搜集電流及傳導(dǎo)反響物的作用,由具有導(dǎo)電功能的碳紙或碳布組成;催化層是電化學(xué)反響的場(chǎng)所,常用的陽(yáng)極和陰極電極催化劑分別為PtRu /C和Pt/C。直接甲醇燃料電池?zé)o須中間轉(zhuǎn)化裝置

9、,因此系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單,體積能量密度高,還具有起動(dòng)時(shí)間短、負(fù)載響應(yīng)特性佳、運(yùn)行可靠性高,在較大的溫度范圍內(nèi)都能正常工作,燃料補(bǔ)充方便等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,主要分為(1)野外作業(yè)或軍事領(lǐng)域的便攜式挪動(dòng)電源;(2) 501 000 kW的固定式發(fā)電設(shè)備;(3)將來(lái)電動(dòng)汽車動(dòng)力源;(4)挪動(dòng)通訊設(shè)備電源。5完畢語(yǔ) 今天,能源、環(huán)保、交通問題已成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)，而燃料電池的研究、開發(fā)和應(yīng)用將會(huì)為這些問題的解決奉獻(xiàn)很大的力量。目前，其研究開發(fā)的重點(diǎn)集中在燃料轉(zhuǎn)化用催化劑膜、制氫和儲(chǔ)氫技術(shù)、降低燃料本錢以及平安設(shè)施等方面。相信在將來(lái)幾年里，燃料電池會(huì)在開展中得到更好完善，一定能為人類可持續(xù)開展,進(jìn)步燃料利用效率,改善人類生存環(huán)境做出顯著的奉獻(xiàn).參考文獻(xiàn) 1 賈林,邵震宇. 燃料電池的應(yīng)用與開展 J . 煤氣與熱力, 2022, 25 (4) : 73 - 74. 2 氫能與燃料電池 J . 科技產(chǎn)業(yè), 2001, (10) : 19. 3 田立朋,李偉善. 直接甲醇燃料電池研究進(jìn)展 J .現(xiàn)代化工, 1998, (5) : 14 ?C 171 4 課程教材研究所. 化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心,普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(化學(xué)2) (必修) M . 北京:人民教育出版社