无机材料化学.doc

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1、姓名：石强学号：1003114173学院：化学化工学院班级：化学四班燃料电池引言：近年来由丁石油、煤等不可再生能源的过度开采将会在数年Z后枯竭，人们将会面临无目大的困境。燃料电池作为新能源因其独特的性质受到广泛关注，燃料电池是通过燃料与氧化剂的化学反应直接将化学能转变成电能，没有中间的能量转化环节，因而这种发电方式能量转化效率可高达50%o还可回收发电过程屮产生的余热。若把产生的余热再用于发电或供暖、供水等，综合考虑效率能达到80%o燃料电池发电过程，机械部件很少，噪声低；化学反应的排出物主要是水蒸气等洁净的气体，不会污染环境°在环境污染日趋严重的今天，燃

2、料电池的这个优点尤其可贵。燃料电池中所使用的燃料，既可是天然气、煤气和液化燃料，也可以是甲醇、沼气乃至木柴。可根拯不同地区的具体情况，选用不同的燃料用丁•燃料电池的发电系统，这可广开燃料来源途径，缓解能源紧张。燃料电池从中断运转到再启动，输电能力回升速度快，并可在短时间内增加和减少电力输出。因此将这种发电系统与其他输电网连接使用最为有利，可随时补充电网在用电高峰时所需的部分电能。燃料电池本身为一个“组合体”，所用部件可事先在工厂生产，然后组装；它的体积小，拆装都很方便，这可节省建电站的时间。燃料电池的基本类型简称燃料电池类型[3]电解质工作温度(°C)化效

3、电学_率燃料、氧化剂功率输出AFC碱性燃料电池氢氧化钾溶液室温・9060-70%•氢气、氧气300W-5KWPEMCC质子交换膜燃料电池质子交换膜室温・8040-60%氢气、氧气(或空气)1KWPAFC磷酸燃料电池磷酸160-22055%天然气、沼气、双氧水、空气200KWMCFC熔融碳酸盐燃料电池碱金属碳酸盐熔融混合物620-66065%天然气、沼气、煤气、双氣水、空气2MW・10MWSOFC固体氧化物燃料电池氧离子导电陶瓷800-100060-65%天然气、沼气、煤气、双氧水、空气100KW燃料电池工作原理:碱性燃料电池指的是其电解质溶液为强碱溶液，如

4、NaOH溶液。则其正，负极反应分别为：负极：2H2+4OH--4e~^4H2O；正极：O2+2H2O+4e~-^40H~；质子交换膜燃料电池是以质子交换膜作为电解质，其」E,负极反应分别为:负极：2H2-4e->4H+；正极：O2-^4H++4e^2H2O；注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。若质子交换膜燃料电池的燃料为甲醇而不是由甲醇经过重整后的氢气，则称为直接甲醇燃料电池。实际上直接甲醇燃料电池属T质子交换膜燃料

5、电池的一种。磷酸燃料电池使用液体磷酸为电解质，其常温下为固体，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位T150-200°C左右，但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由丁其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度耍比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。则其正，负极反应分别为：负极：2H2+4W2O-4e~4H,O+；正极:O2+4f/3O++4e"->8//20；熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电

6、解质是熔融态碳酸盐。工作温度问600-700°C,因此被分类到中温燃料电池。则其正，负极反应分别为：负极：2弘+2COJ—牝一T2C0.+2乩0；正极：02+2CO2+4e-->2CO亍；质子交换膜燃料电池工作原理8空气(OJ阳极固态氧化物燃料电池使用诸如用氧化轮稳定的氧化钻等固态陶瓷电解质外电踣正极外电路负极TQ连接体镀傍层魅料气银毡魅料气一连接体阳极电解质阴极支撑件裸毡发展现状：1.1碱性燃料电池(AFC)20世纪50年代起美国就开始对碱性燃料电池进行研究，并在60年代中期成功地用于Apollo登月飞行。AFC的优点在丁除贵金属外，银、鎳以及一些金属氧

7、化物都可以作电极催化剂，它的阴极性能也比酸性体系耍好，而且电池的结构材料也较便宜。缺点在丁对CO2和N2十分敏感，故不适用于地面。在国外，将AFC用于潜艇及汽车的尝试已不再继续，冃前AFC主耍用作短期飞船和航天飞机的电源。中科院长春应用化学研究所1958年就开始研究培根型燃料电池。60年代初开展碱性石棉膜型燃料电池的研究，1968年承担航天用碱性石棉膜型燃料电池的研制。中科院大连化学物理研究所在60年代初也开始研究碱性石棉膜型燃料电池。70年代初承担了航天用碱性石棉膜型燃料电池的研制，研制成两种类型的电池。80年代初，研制了潜艇用20kW的大功率碱性石棉模

8、型燃料电池样机。1.2熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)MCFC的电解