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1、燃料电池的发展及应用摘要:能源和环境是全人类面临的重要课题,考虑可持续发展的要求,燃料电池技术正引起能源工作者的极大关注。主要在介绍燃料电池的工作原理、发展简史、分类及特性的基础上,详细分析和论述了燃料电池的应用和研发现状,并对其发展前景作了展望。关键字：燃烧电池，研究意义，工作原理，应用1839年,英国的WilliamGrove首次发现了水解过程逆反应的发电现象,燃料电池的概念从此开始。100多年后,英国人FrancisT。Bacon使燃料电池走出实验室,应用于人们的生产活动[2]。20世纪60年代,燃
2、料电池成功应用于航天飞行器并逐步发展到地面应用[3]。今天,随着社会经济的飞速发展,随之而来的不仅是人类文明的进步,更有能源危机,生态恶化。寻求高效、清洁的替代能源成为摆在全人类面前的重要课题。继火力发电、原子能发电之后,燃料电池发电技术以其效率高、排放少、质量轻、无污染,燃料多样化等优点,正进一步引起世界各国的关注。一．研究燃料电池的意义能源是经济发展的基础，没有能源工业的发展就没有现代文明，人类为了更有效地利用能源一直在进行着不懈的努力．历史上利用能源的方式有过多次革命性的变革，从原始的蒸汽机到汽轮机
3、、高压汽轮机、内燃机、燃气轮机，每一次能源利用方式的变革都极大地推进了现代文明的发展．随着现代文明的发展，人们逐渐认识到传统的能源利用方式有两大弊病．一是储存于燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能，受卡诺循环及材料的限制，效率很低，一半以上的能量白白地损失掉了；二是传统的能源利用方式给人类的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声污染．对于发电行业来说，虽然采用的技术在不断地进步，如开发出了超高压、超临界机组，开发出了流化床燃烧和整体气化联合循环发电技术，但这种努力的结果是机
4、组规模巨大、远距离输电，投资上升，综合能源利用率仍然只有35%左右，大规模的污染仍然没有得到根本解决．多年来人们一直在努力寻找既有较高能源利用率又不污染环境的能源利用方式，燃料电池发电技术就是其中的一种．早在内燃机问世之前，英国的WillianGrove在1893年就展示了世界第一台以稀硫酸为电解质，氢气和氧气为燃料的电化学电能转化装置．然而在20世纪50年代之前，由于电极过程动力学理论的落后以及内燃机这种相对简单的能量转化装置的应用，燃料电池的发展一直处于停滞状态．到20世纪中叶，在宇航工业发展的推动下
5、，常温氢氧燃料电池技术有了长足的发展，但由于当时燃料电池系统造价昂贵，因此只应用在航天、军事等特殊场合．近年来，由于矿物资源的日趋贫乏和生态环境问题日益受到重视，为此人们迫切希望发展高效的、既可节省有限矿物资源同时又可减少CO2排放的发电技术．燃料电池发电技术正好能够满足以上要求，因此重新受到了人们的重视．燃料电池（FC）是继火力、水力和核能之后的第四种发电方式，燃料电池具有非同寻常的性能，电效率可达60%以上，而且可以在带着部分负荷运行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物
6、．从原理上讲，燃料电池不受卡诺循环的限制，与传统热机相比具有以下优点：能量转化效率高（可达50%~60%）；环境友好（很低的NOx，SO2和噪音排放）；比能量或比功率高；适应能力强；可以电热联供，且副产品可作为工业原料；模块结构简单，电站建设周期短，维护检修方便．二．燃料电池的工作原理燃料电池实际上是一个化学反应器,它把燃料同氧化剂反应的化学能直接转化为电能。它没有传统发电装置上的原动机驱动发电装置,也没有直接的燃烧过程。燃料和氧化剂从外部不断输入,它就能不断地输出电能。它的反应物通常是氢和氧等燃料,它的
7、副产品一般是无害的水和二氧化碳。燃料电池的工作不只靠电池本身,还需要燃料和氧化剂供应及反应产物排放等子系统与电池堆一起构成完整的燃料电池系统。燃料电池可以使用多种燃料,包括氢气、碳、一氧化碳以及比较轻的碳氢化合物,氧化剂通常使用纯氧或空气。它的基本原理相当于电解反应的逆向反应,即水的合成反应。燃料及氧化剂在电池的阴极和阳极上借助催化剂的作用,电离成离子,由于离子能够通过二电极中间的电解质在电极间迁移,在阴电极、阳电极间形成电压。当电极同外部负载构成回路时,就可向外供电(发电)。图1燃烧电池工作原理三．燃料
8、电池的应用由于燃料电池是目前唯一同时兼备无污染、高效率、噪声低、适用广且具有连续工作能力的动力装置,特别是在现在能源紧缺、大气污染严重、提倡节约能源和保护环境的形势下,以天然气等富氢气体为燃料的燃料电池正在得到广泛的应用。1）发电燃料电池由于具有能量转换效率高、污染小、用水少、占地小等突出优点,多年来一直成为替代传统发电厂设备的最佳选择。日本以富士电机、东芝、三菱电机等公司为代表,自20世纪60年代开始,继美国之后大力研发燃料
