燃料电池及其前景展望

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1、燃料电池机械学院机自2班刘心20102546前言氢氧燃料电池是一种等温并直接将储存在燃料和氧化剂的化学能高效，环境友好地转化为电能的发电装置，也是一种新型的无污染，无噪音，大规模，大功率，和高效率的汽车动力和发电设备。它可以有效地解决能源安全和环境问题。因此，近10年来，氢氧燃料电池发电技术得到全球的高度重视,逐渐形成了新兴产业。原理氢氧燃料电池是一种化学电池，它利用氢气和氧气发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。　　具体地说，氢氧燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。　　工作时向负极供给燃料（氢气），向

2、正极供给氧化剂（氧气）。氢气在负极失去电子，与从外电路中得到的电子的氧气结合生成水，用电的负载就接在外电路中。　　利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。　　不同的电解质有不同的化学方程式的书写方式：当电解质为酸性的时候正极：O2　+4e-+4H+=2H2O　负极：H2-2e-=2H+当电解质为碱性的时候正极：O2　+4e-+2H2O=4OH-负极：H2-2e-+4e-=2H2O燃料电池的分类⑴质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCells—PEMFC）该电池的电解质为离子交换膜，薄膜

3、的表面涂有可以加速反应的催化剂（如白金），其两侧分别供应氢气及氧气。由于PEM燃料电池的唯一液体是水，因此腐蚀问题很小，且操作温度介于80℃～100℃之间，安全上的顾虑较低；其缺点是，作为催化剂的白金价格昂贵。PEMFC是轻型汽车和家庭应用的理想电力能源，它可以替代充电电池。⑵碱性燃料电池（AlkalineFuelCells—AFC）碱性燃料电池的设计与质子交换膜燃料电池的设计基本相似，但其电解质为稳定的氢氧化钾基质。操作时所需温度并不高，转换效率好，可使用的催化剂种类多且价格便宜，例如银、镍等。但是，在最近各国燃料电池开发中，却无法成为主要开发对象，其原因在于电解

4、质必须是液态，燃料也必须是高纯度的氢才可以。目前，这种电池对于商业化应用来说过于昂贵，其主要为空间研究服务，包括为航天飞机提供动力和饮用水。⑶磷酸型燃料电池（PhosphoricAcidFuelCells—PAFC）因其使用的电解质为100％浓度的磷酸而得名。操作温度大约在150℃～220℃之间，因温度高所以废热可回收再利用。其催化剂为白金，因此，同样面临白金价格昂贵的问题。到目前为止，该燃料电池大都使用在大型发电机组上，而且已商业化生产，但是，成本偏高是其未能迅速普及的主要原因。⑷熔融碳酸盐燃料电池（（MoltenCarbonateFuelCells—MCFC）其

5、电解质为碳酸锂或碳酸钾等碱性碳酸盐。在电极方面，无论是燃料电极还是空气电极，都使用具有透气性的多孔质镍。操作温度约为600℃～700℃，因温度相当高，致使在常温下呈现白色固体状的碳酸盐熔解为透明液体。此型燃料电池，不需要贵金属当催化剂。因为操作温度高，废热可回收再利用，其发电效率高达75％～80％，适用于中央集中型发电厂，目前在日本和意大利已有应用。⑸固态氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCells—SOFC）其电解质为氧化锆，因含有少量的氧化钙与氧化钇，稳定度较高，不需要催化剂。一般而言，此种燃料电池操作温度约为1000℃，废热可回收再利用。固态氧化物燃

6、料电池对目前所有燃料电池都有的硫污染具有最大的耐受性。由于使用固态的电解质，这种电池比熔融碳酸盐燃料电池更稳定。其效率约为60％左右，可供工业界用来发电和取暖，同时也具有为车辆提供备用动力的潜力。缺点是构建该型电池的耐高温材料价格昂贵。还有不同种电解质，这里就不一一列举了。二.氢氧燃料电池应用现状通用汽车公司已研制成功使用液氢燃料电池产生动力的零排放概念车“氢动一号”，该车加速快，操作灵活，从0~100km/h加速仅16秒，最高时速可达140km/h，续驰里程400km。空气产品公司、普拉克斯公司作为领先的液氢供应商，其供氢站已经可为氢燃料电池汽车供应24~34MP

7、a的液氢。2003年4月林德公司为德国AdamOpei公司建造了世界上第一座70MPa氢气充气站，这标志着以氢气为动力的汽车社会进入一个重要的里程碑。与常规的35MPa系统相比，70MPa技术有较高的贮氢密度，可复盖燃料电池汽车60%~70%的范围。这一技术进展使燃料电池汽车行驶里程可超过400km，这是推广使用以压缩氢为动力的汽车最重要的前堤之一。设置于德国多登赫芬Opel试验中心的这套充气站，由林德公司设计和建造，它可将氢气供给Opel燃料电池汽车。该充气站由10000升液氢罐藉林德设计的下游蒸发器向汽车供氧，该液氢罐供氢速率为40立方米/分钟，可使汽车在约