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1、浅析燃料电池研究进展及应用摘要:燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，能将外界提供的燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。本文介绍了原电池的工作原理、特点和分类，并详细阐述了原电池的研究进展和应用。关键词:燃料电池工作原理应用Abstract:Fuelcellisakindofhighefficientandenvironmentallyfriendlypowergenerationdevice,itcantransformtheoutsidechemicalenergyofthefuelandoxidizerdir
2、ectlyintoelectricalenenciple,characteristicandclassification,andexpoundstheresearchprogressandapplicationofthebattied随着全世界对能源的需求日益增加以及人类对环境质量的关注,采用清洁、高效的能源利用方式、积极开发新能源已经是势在必行。燃料电池是一种电化学的发电装置,等温的按电化学方式,直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,因而能量转化效率高,且无噪音,无污染,正在成为理想的能源利用方式。1.燃料电池
3、的工作原理燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应,其工作原理如图1所示。燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极（负极）和阴极（正极）通入。燃料气在阳极（负极）上放出电子,电子经外电路传导到阴极（正极）并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料气反应,构成回路,产生电流。同时,由于本身的电化学反应以及电池的内阻,燃料电池还会产生一定的
4、热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时,阳极要求有更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构,以便于反应气体的通入和产物排出。电解质起传递离子和分离燃料气与氧化气的作用。为阻挡两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构。图1燃料电池工作原理示意图2燃料电池的分类目前各国开发的燃料电池种类多,应用范围广泛,分类方法也多种多样。燃料电池有不同的分类方法，本文主要介绍按电解质种类分类中的两种燃料电池。（氢燃料电池和直接甲醇燃料电池)3燃料电池的优点燃料电池是一种直接将燃料的
5、化学能转化为电能的装置。从理论上来讲,只要连续供给燃料,燃料电池便能连续发电,被誉为“绿色”发电站。燃料电池的优点:(1)发电效率高。理论上,它的发电效率可达到85%～90%,但由于工作时各种极化的限制,目前燃料电池的能量转化效率约为40%～60%。(2)环境污染小。(3)比能量高。(4)噪音低。(5)燃料范围广。(6)负荷调节灵活,可靠性高。当燃料电池的负载有变动时,它会很快响应。由于燃料电池的运行高度可靠,可作为各种应急电源和不间断电源使用。(7)易于建设。燃料电池具有组装式结构,安装维修方便,不需要很多辅助设施
6、。燃料电池电站的设计和制造相当方便。4燃料电池的应用和研究进展4.1氢燃料电池(RFC)氢燃料电池以氢气为燃料,与氧气经电化学反应后透过质子交换膜产生电能。氢和氧反应生成水,不排放碳化氢、一氧化碳、氮氧化物和二氧化碳等污染物,无污染,发电效益高。60年代,氢燃料电池就已经成功应用于航天领域。“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。70年代至今,随着制氢技术的发展,氢燃料电池在发电、电动车和微型电池方面的应用开发取得了许多成果。目前,氢燃料电池的发电热效率可达65%～85%,重量能量密度500～700Wh/kg
7、,体积能量密度1000～1200Wh/L,发电效率高于固体氧化物燃料电池。将氢燃料电池用于电动车,与燃油汽车比较,除成本外,各方面性能均优于现有的汽车。只要进一步降低成本,预计不久就会有实用的电动车问世。基于以上情况,各国都在加紧对氢气作燃料的燃料电池开发。德国已陆续推出了各种燃氢汽车。我国在广东汕头南澳岛建立了电动汽车试验区,有近20辆电动车和混合动力汽车投入试验。从总体水平上看,我国的氢能和氢燃料电池的研究开发工作与国外一些发达国家相比,还有一定差距。目前主要的大规模产氢方式是以煤、石油、天然气为原料加热制氢,需
8、要800℃以上的高温,转化炉等设备需要特殊材料,且适合小规模制氢。近来发展了甲醇蒸汽转化制氢,这种制氢方式反应温度低(260～280℃),工艺条件缓和,能耗约为前者的50%。甲醇还具有宜于携带运输,可以像汽油一样加注等优点。因此,甲醇转化氢气已经成为该领域的研究热点。另外,金属氢化物储氢、吸附储氢技术的研究也对车载储氢和制氢提供了途径。4.2直
