燃料电池及在大连化物所的发展
燃料电池及在大连化物所的发展
衣宝廉张华民明平文（中国科学院大连化学物理研究所）
衣宝廉张华民明平文
（中国科学院大连化学物理研究所大连 116023）
Fuel Cells and the Activities in Dalian Institute of
Chemical Physics, CAS
Baolian YI. Huamin ZHANG. Pingwen MING
(Dalian Institute of Chemical Physics, CAS, Dalian 116023 P.R.China)
Abstract
The principles, types, and status of fuel cell are introduced in brief. Dalian Institue of Chemical Physics (DICP) began the fuel cell research for Alkaline Fuel Cell (AFC) from 1960s. In 9th 5-year Plan, DICP acted as a leadship member in National Key Project, "Fuel Cell Technology".
A set of technology was taken out independently. Nowadays DICP focus on Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) and Direct Methanol Fuel Cell (DMFC). Recently a new corp. named Dalian Sunrise Power Co., Ltd. was founded for the commercialization of fuel cells, especially for that of PEMFC.
DICP is the main shareholder of Sunrise Power for its fuel cell
technology.
一．原理，分类与技术现状
1. 原理
燃料电池（FC）是一种等温进行、直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效（50-70%），环境友好地转化为电能的发电装置[1]。它的发电原理与化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料如氢的氧化过程，阴极催化氧化剂如氧等的还原过程；导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成电的回路。但是FC的工作方式又与常规的化学电源不同，而更类似于汽油、柴油发电机。它的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。当电池发电时，要连续不断的向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时也要排除一定的废热，以维持电池工作温度的恒定。FC本身只决定输出功率的大小其储存能量则由储存在储罐内的燃料与氧化剂的量决定。
图1为石棉膜型氢氧燃料电池单池（single cell）的结构和工作原理图。
氢气在阳极与碱中的OH 在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子：
H2 + 2 OH H2O + 2e- 0= -0.828V
电子通过外电路到达阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应：
O2 + H2O +2e- 2OH 0= 0.401V
生成的OH 通过饱浸碱液的多孔石棉膜迁移到氢电极。
为保持电池连续工作，除需与电池消耗氢、氧气等速地供应氢、氧气外，还需连续、等速地从阳极（氢极）排出电池反应生成的水，以维持电解液碱浓度的恒定；排除电池反应的废热以维持电池工作温度的恒定。
图2为燃料电池单池伏安特性曲线。
图中η0称为开路极化，即当电池无电流输出时的电池电压与可逆电势的差值，其产生原因是氧的电化学还原交换电流密度太低，从而产生混合电位。
ηr为活化极化，它为电极上电化学反应的推动力，ηD为浓差极化，它为电极内传质过程的推动力。ηΩ为电池内阻引起的欧姆极化，它包括隔膜电阻、电极电阻与各种接触电阻，伏安曲线的直线部分的斜率由它决定，电池电流密度的工作区间就选在此段，通称这一段斜率为电池的动态内阻。燃料电池的效率按下式计算
式中fT 为热力学效率，即，等于0.83；fV为电压效率，为电池工作电压与可逆电势（1.229）之比；fi为电流效率，对石棉膜型电池，由前所述，接近100%；fg为反应气利用效率，对采用纯氢、纯氧为燃料的电池，一般而言，
fg≥98%。由图可知，当i=100mA/cm2时，电池工作电压V=0.95V，取fg=0.98，代入上式计算得f=57.5%。
一个单池，工作电压仅0.6～1.0伏，为满足用户的需要，需将多节单池组合起来，构成一个电池组（stack）。首先依据用户对电池工作电压的需求，确定电池组单池的节数，再依据用户对电池组功率的要求，和对电池组效率及电池组重量与体积比功率的综合考虑，确定电池的工作面积。
以燃料电池组为核心，构建燃料（如氢）供给的分系统，氧化剂（如氧）供应的分系统，水热管理分系统和输出直流电升压、稳压分系统。如果用户需要交流电，还需加入直流交流逆变部分构成总的燃料电池系统。因此一台燃料电池系统相当于一个小型自动运行的发电厂，它高效、环境友好地将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。
阐明各分系统间关系的电池系统的方块图如图3所示。
2．分类与技术状态
至今已开发了多种类型的燃料电池，按电解质的不同分类和技术发展状态见表1。
类型电解质导电离子工作温度燃料氧化剂技术状态可能的应用领域
碱性 KOH OH- 50~200°C 纯氢纯氧高度发展高效航天，特殊地面应用
质子交换膜全氟磺酸膜 H+ 室温~100°C 氢气，重整氢空气高度发展，需降低成本电汽车，潜艇推动，可移动动力源
磷酸H3PO4 H+ 100~200°C 重整气空气高度发展，成本高，余热利用价值低特殊需求，区域性供电
熔融碳酸盐 (Li,K)CO3 CO32- 650~700°C 净化煤气天然气重整气空气正在进行现场实验，需延长寿命区域性供电
固体氧化物氧化钇稳定的氧化锆 O2- 900~1000°C 净化煤气天然气空气电池结构选择，开发廉价制备技术区域供电，联合循环发电
二．燃料电池在化物所的进展
1．概述
七十年代，在朱葆琳先生和袁权院士的领导下，历经十年的奋斗，中国科学院大连化学物理研究所研制成功了两种型号（A型和B型）航天用，静态排水，石棉膜型H2-O2碱性燃料电池[2]。A型用液氢、液氧作燃料和氧化剂，带有水的回收和净化分系统。B型以N2H4在线分解产生的N2-H2混合气作燃料和液氧作氧化剂。这两种型号的碱性燃料电池外貌见图4，图5。并均通过航天环境模
拟实验。
与此同时，还组装了10kW和20kW以肼分解气为燃料的自由介质型电池组，进行了电池组性能的研究。
八十年代承接"七五"攻关任务，研制碱性、水下用千瓦级氢氧燃料电池系统，并通过专家组的验收[3]。
九十年代，由于燃料电池发电具有高效、环境友好的特点，适应人类持续发展的需要，因此燃料电池的研究、开发、试用进入一个新的高潮，我所在863、中科院和国家科技部的资助下，对各种类型燃料电池在70、80年代技术积累的基础上，进行了全面的研究、开发和试用。
1）承担的863任务"百瓦级再生氢氧燃料电池"已通过专家组验收，结论为研制成功我国首台再生氢氧燃料电池系统。
2）承担的九五攻关熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）关键材料、部件与电池组研制任务，在LiAlO2(偏铝酸锂)粉料，制膜方面已取得了突破性进展，已具备小批量生产能力。
已组装了90W、150W、300WMCFC电池组，正在准备组装2kWMCFC电池组。已申请了7项专利。
3）与安徵天成公司共建的直接醇类燃料电池实验室，在适于直接醇类电池应用的膜电极三合一（MEA）制备技术方面，尤其是电极结构已取得了重大进展，单池性能已达国际公开报导的水平。正在进行电催化剂与电池组结构攻关。已申请专利2件。
4）固体氧化物燃料电池（SPFC）研究重点是中温SOFC，在薄膜（5～10μm）氧化钇稳定氧锆（YSZ）制备技术方面已取得突破；单池输出比功率已达0.4mW/cm2。并正在开展钙钛矿型新型电解质新料研究。已申请3项专利。
2．质子交换膜燃料电池进展
a) 原理
质子交换膜型燃料电池以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，铂/碳或铂-钌/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板。图6为质子交换膜燃料电池的工作原理示意图。质子交换膜型燃料电池中的电极反应类同于其它酸性电解质燃料电池。阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反应
H2 → 2H+ + 2e-
该电极反应产生的电子经外电路到达阴极，氢离子则经电解质膜到达阴极。氧气与氢离子及电子在阴极发生反应生成水 1/2 O2 + 2H+ +2e- → H2O生成的水不稀释电解质，而是通过电极随反应尾气排出。
由图6可知，构成质子交换膜燃料电池的关键材料与部件为：1)电催化剂。
2)电极（阴极与阳极）。3）质子交换膜。4）双极板。
b)关键部件制备技术
下面简介我所开发的上述关键部件的制备技术。
电催化剂 Pt/C电催化剂以Vulcan XC-72碳为担体,铂氯酸为原料,甲醛为还原剂。为提高铂的分散度，以高比例的异丙醇为溶剂。
制备过程在惰性气氛下进行，防止受氧气的影响产生铂的大晶粒。采用二氧化碳调节pH值，加速催化剂的沉淀。制备的20(wt)%的Pt/C电催化剂铂的晶粒为2nm。〔4〕
电极电极采用0.2～0.3mm石墨化的碳纸或碳布为扩散层，为增加其憎水性和强度，多次浸入重量为30～50(wt)%PTFE作为憎水剂。并用各占50(wt)%碳与PTFE的混合物对其表面进行整平。在整平层上用喷涂或涂布法制备厚度为30～50μm，PTFE含量为20～50(wt)%，铂担量为0.1～0.4mg/cm2的催化层。〔5〕膜电极三合一的制备采用喷涂和浸渍法，向电极催化层浸入0.6～1.2mg/cm2的Nafion树脂实现电极的立体化。将用3～5%H2O2水溶液和0.5Mol/L的稀硫酸的稀硫酸处理好的Nafion膜置于两片电极之间，电极催化剂面向Nafion膜，
在热压机上压合，以减小膜与电极间的接触电阻，热压温度为130～135℃，压力60～90大气压，热压时间为60～90秒。〔6〕
双极板采用表面改性的0.2～0.4mm的薄金属板如不锈钢板制备带排热腔和密封结构的双极板。双极板的厚度为2.5mm左右。〔7〕
c)电池性能与技术进展
图7为采用Du Pont 公司生产的不同厚度的Nafion膜制备的膜电极三合一，在相同的单池组装与运行条件下的性能。〔8〕
由图可知，Nafion膜厚度不仅影响电池动态内阻，而且影响极限电流，最厚的Nafion 117膜已呈现极限电流，而薄的Nafion 112、 NE- 101F还无极限电流出现的迹象。
表2和图8为从1995年至2000年，中科院大连化物所质子交换膜燃料电池的膜电极三合一制备技术和电池组技术的进展。
5kW电池组的重量比功率已达150W/kg，体积比功率为300W/L。
表2 大连化物所PEMFC电极制备技术进展
Year Pt loading Membrane Performance
1995 4~8 mg/cm2 Nafion117 I= 400 mA/cm2,V=0.7 V
1996 1~4mg/cm2 Nafion117 I= 400 mA/cm2,V=0.7 V
1997 0.5~1mg/cm2 Nafion117Nafion115
I=400mA/cm2,V=0.7VI=500mA/cm2,V=0.7V
1998 0.1~0.4mg/cm2 Nafion115 I=500mA/cm2,V=0.7V
1999 0.02~0.4mg/cm2 Nafion1135Nafion112
I=600mA/cm2,V=0.7VI=1A/cm2,V=0.7V
2000 0.2mg/cm2 Nafion101 I=1.3A/cm2,V=0.7V
图8 大连化物所PEMFC电池组技术进展
图9为1kW电池系统的外貌。整个电池系统置于φ300×500的园筒内。
电池系统的特点是利用尾气循环实现反应气的增湿并改进电池组内各节单池间的反应气分配。以反应气压力为动力采用导水阻气膜实现气水分离，可在失重或反重力的条件下实现电池排水与水回收。
图10为由6台5kWPEMFC电池组构成的中巴电汽车的动力系统。
用该动力系统与中科院电工所研制的电推进系统一起由东风汽车集团安装在19座中巴车上，已进行了行车试验，车速达35km/hr。PEMFC电池系统工作良好。图11为行车记录的电池系统伏安曲线。由图可知，电池系统的输出功率已达38kW。
图11 中巴车电源系统的工作曲线
至今我所已申报27件PEMFC发明专利，形成了自主知识产权的PEMFC技术，在1999年10月在北京举办16届国际电动车会议暨展览会上，加拿大 Ballard automotive总裁Neil Otto参观了我所的质子交换膜燃料电池并与研究人员进行学术交流后评价说："你们的燃料电池研究水平是世界第一流的"。
在全国企业家的关注与支持下，在院所领导的指导下，目前已联合5家企业注资成立大连新源动力股份有限公司，旨在开发PEMFC批量生产技术和开拓市场。
三．自主知识产权燃料电池产业化设想与进展
鉴于各类燃料电池的技术成熟程度，我们将PEMFC作为近期产业化开发的重点。我们也充分意识到燃料电池-这种属于能源基础行业中高新技术-的产业化难度，这个过程将会经历三个阶段：1）注重技术水平的成果阶段；2）注重实用化的产品阶段；3）注重销售价格/生产成本的商品阶段。基于目前的实验室成果，我们作如下部署：后续技术改进及原型产品的开发，将依托我所进行；而针对各特定市场的产品和批量生产，在新源动力进行。
新源动力是按照现代企业制度组建的股份有限公司，注册资本为5,000万
元人民币，其中大连化物所占股份总数的30%。营业住所在大连市七贤岭高新技术园区。日前，新源动力的产品研发中心和质检中心，已经在1000平方米厂房中开工建设，而产品批量生产厂房，基于购置的9500平方米土地，也开始了规划与建设。
从新源动力已接到的订单来看，我国目前燃料电池的市场取向明显有别于西方发达国家，主要集中在某些目前附加值比较高的商品和轻便型电源上。新源动力在满足国家需求的同时，将下大力气开拓这类市场，作为其近期的主营业务。新源动力将在尽量短的时间内，实现上市，针对有市场前景的产品，筹集社会资金，组建专业厂。预计到2005年，新源动力的年销售额将在1
亿元人民币。
经过30多年的努力，凝聚了几代人的追求与奉献，我所的燃料电池开始了产业化推进。这些工作正在有序、紧张的进行。真诚希望社会各界有识之士，能与我们一起探讨自主知识产权燃料电池的产业化之路，并渴望各界的支持、参与和加盟。
参考文献
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中国科学院大连化学物理研究所简介-研究生部
中国科学院大连化学物理研究所简介 中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）创建于1949年3月，当时定名为大连大学科学研究所，后几经更名，1962年正式命名为中国科学院大连化学物理研究所。 大连化物所是一个基础研究与应用研究并重、应用研究和技术转化相结合，以任务带学科为主要特色的综合性研究所。六十多年来，大连化物所通过不断积累和调整，逐步形成了自己的科研特色。1998年，大连化物所成为中国科学院知识创新工程首批试点单位之一。2007年经国家批准筹建洁净能源国家实验室。2010年8月，大连化物所在“创新2020”发展战略研讨会中将所发展战略修订为“发挥学科综合优势，加强技术集成创新，以可持续发展的能源研究为主导，坚持资源环境优化、生物技术和先进材料创新协调发展，在国民经济和国家安全中发挥不可替代的作用，创建世界一流研究所。” 大连化物所重点学科领域为：催化化学、工程化学、化学激光和分子反应动力学以及近代分析化学和生物技术。
大连化物所围绕国家能源发展战略于2011年10月启动了洁净能源国家实验室（DNL）的筹建工作，DNL是我国能源领域筹建的第一个国家实验室，共规划筹建化石能源与应用催化、低碳催化与工程、节能与环境、燃料电池、储能、氢能与先进材料、生物能源、太阳能、海洋能、能源基础和战略、能源研究技术平台等11个研究部。大连化物所还拥有催化基础国家重点实验室和分子反应动力学国家重点实验室两个国家重点实验室、以及甲醇制烯烃国家工程实验室、国家催化工程技术研究中心、膜技术国家工程研究中心、燃料电池及氢源技术国家工程中心、国家能源低碳催化与工程研发中心等多个国家级科技创新平台。大连化物所围绕国防安全、分析化学、精细化工和生物技术广泛开展基础性、战略性、前瞻性研究工作，设立化学激光研究室、航天催化与新材料研究室、仪器分析化学研究室、精细化工研究室和生物技术研究部等五个研究室。另外，大连化物所还与国外著名大学、公司和研究机构联合设立了中法催化联合实验室、中法可持续能源联合实验室、中德催化纳米技术伙伴小组、中韩燃料电池联合实验室和DICP-BP能源创新实验室等十几个国际合作研究机构。
燃料电池质子交换膜研究现状和发展趋势
膜材料科学与技术 令狐采学 课程作业 燃料电池质子交换膜研究现状和发展趋势 任课教师：陈鹏鹏老师 姓名：鲜开诚 学号：C61114012 专业：新能源材料与器件 燃料电池质子交换膜研究现状和发展趋势 鲜开诚 （安徽大学化学化工学院合肥 230601） 摘要质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）作为新一代能源技术被广泛应用。离子交换膜作为燃料电池的核心元件，同时起到分隔燃料和氧化剂，传导质子的双重作用。本文简介了燃料电池质子交换膜及其工作原理；介绍了现有的几种质子交换膜的结构与性能及最新研究状况；展望了质子交换膜的发展趋势。 关键词：质子交换膜；燃料电池；聚合物 Advances and Development Trends in Proton Exchange Membranes for Fuel Cells Xian Kai-cheng
(Department of Chemistry and Chemical Engineering, Anhui University,Hefei 230601,Anhui Province,China) Abstract Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), is being widely used as a new generation of energy technology.Ion exchange membrane,as a core component of PEMFC,is of the ability of separating fuels and oxidizing agent as well as conducting protons.In this paper, proton exchange membrane and its operating principle are introduced;the structure and performance of kinds of proton exchange membrane as well as their recent study are reviewed; outlook of the development trend ofproton exchange membranes are provided. Key words proton exchange membrane; fuel cell; polymer 1燃料电池质子交换膜及其工作原理 燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应方式直接转换成电能的高效电装置,其能量转换率高,是一种环境友好的新型能源。 燃料电池的种类很多,质子交换膜燃料电池是其中的一种,其最大的优点在于它能在室温附近工作,而且电池启动快,能量转换率高,它不仅可以替代普通的二次电池,而且可以作为汽车的动力源,从而大大减少环境污染。质子交换膜在燃料电池中所
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燃料电池及其发展前景 燃料电池及其发展前景 作者: Raymond George Klaus Hassmann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。文章介绍按温度划分的4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC和SOFC)的性能，重点介绍高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are Well uder way toward penetrating the power market,covering a wide range of application．This paper introduces the main four types of fuel cells which are PEMFC,PAFC，MCFC and SOFC．Then it puts the emphasis on SOFC and its application market．燃料电池是通过由电解液分隔开的2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比，燃料电池具有非同寻常的特性：它的电效率可达60％以上，可以在带部分负荷运行的情况下进行维修，而且除了排放低比率碳氧化物外，几乎没有任何其他的有害排放物。1 燃料电池的分类目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型，从比室温略高直到高达1000℃的范围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下4种主要类型上：(1)运行温度在60-80℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC)；(2)运行温度在160-220℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC)；(3)运行温度在620-660℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC)；(4)运行温度在880-1000℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC)。可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100℃及以下)、中温型(约200℃左右)及高温型(600-l000℃)燃料电池。表1简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装置上，而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。实用装置的功率容量差别也很大，可以给笔记本电脑及移动电话供电(数以W计)，也可以给居民住宅(数kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百KW到数MW)供电。最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明，就发电成本而言，SOFC型燃料电池要PEM型低30％。这个结果是根据SOFC型燃料电池的电效率比PEM型的高，
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燃料电池客车发展情况及技术发展趋势一、燃料电池汽车政策分析 《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策方的通知》（财建(2015)134号）中明确：“2017-2020年，除燃料电池汽车外，其他车型补助标准适当退坡”，明确了国家对燃料电池汽车产业发展的支持态度。而《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出，要系统推进燃料电池汽车研发与产业化，到2020年，实现燃料电池汽车批量生产和规模化示应用。 在财政补贴层面，国家也给予了大力支持，包括整车补贴、加氢站补贴、免征购置税以及运营补贴等。其中，整车补贴额度从20万到50万每辆不等，一个加氢站则补贴400万元，运营补贴中，燃料电池客车补贴为6万元/辆/年。 二、氢燃料电池产业链概述 氢燃料电池汽车产业链包括制氢、储氢、运氢、加氢、应用（燃料电池汽车/有轨电车）等环节。 氢气制造一般是通过将化石原料、化工原料、工业尾气、可再生能源以及水等经过处理来获取，每种获取途径其成本和环保属性都不同。中国目前主要通过工业尾气处理以及电解水来制氢。长河认为，对于燃料电池来说，现在配套基础设施还有待进一步完善，需要政府以及行业机构以及专家尽快推进立法和相应的技术标准予以规。
长河表示，制氢的方法和方案比较多，而目前燃料电池汽车使用最大瓶颈和最大的障碍是缺乏加氢站。据其统计，截止到2013年底，全球加氢站只有228座，对于我国来说，我国真正投入商业化、用于燃料电池的加氢站只有两座，仅仅限于国比较大的城市，就是和，处于示运营阶段，与国外说的氢高速公路，也就是一条高速公路有多个加氢站相比，差距比较大。 在整个氢燃料电池产业链中，氢燃料电池发动机处于绝对的核心地位，氢燃料经过发动机转化为电能应用到终端。长河表示，目前制约中国燃料电池汽车发展的瓶颈，就是氢燃料电池发动机。虽然国有不少高校和相应科研机构以及企业，在就燃料电池发动机技术展开相应研究和示性运营应用，但是氢燃料电池发动机核心技术，这两年通过评估，能够达到产业化或者达到工业化应用的，核心技术仍然掌握在国外企业手中。
燃料电池的应用和发展现状
收稿日期:2005-11-03 作者简介:杨润红(1974-),女,北京交通大学机械与电子控制工程学院工程热物理专业硕士研究生,研究方向为能量转换与工质热物性. 燃料电池的应用和发展现状 杨润红,陈允轩,陈 庚,陈梅倩,李国岫 (北京交通大学,北京100044) 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 词:燃料电池;工作原理;特性;研发现状 中图分类号:TM911.4 文献标识码:A 文章编号:1673-1670(2006)02-0079-05 1839年,英国的William Grove 首次发现了水解过程逆反应的发电现象[1],燃料电池的概念从此开始.100多年后,英国人Francis T.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. 1 燃料电池的工作原理 人们常用的普通电池有碱性干电池、铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池等.燃料电池和普通电池相比,既有相似,又有很大的差异.它们有着相似的发电原理,在结构上都具有电解质,电极和正负极连接端子.二者的不同之处在于,燃料电池不是一个储存电能的装置,实际上是一种发电装置,它所需的化学燃料也不储存于电池内部,而是从外部供应.在燃料电池中,反应物燃料及氧化剂可以源源不断地供给电极,只要使电极在电解质中处于分隔状态,那么反应产物可同时连续不断地从电池排出,同时相应连续不断地输出电能和热能,这便利了燃料的补充,从而电池可以长时间甚至不间断地工作.人们之所以称它为燃料电池,只是由于在结构形式上与电池有某种类似:外特性像电池,随负荷的增加,它的输出电压下降[4]. 燃料电池实际上是一个化学反应器[5],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是燃料电池的工作原理图[6]. 2 燃料电池的发展简史、分类及各自特性 1839年,William Grove 提出了氢和氧反应可以发电的 原理,并发明了第一个燃料电池.他把封有铂电极的玻璃管浸入稀硫酸中,电解产生氢和氧,连接外部装置,氢和氧就发生电池反应,产生电流. 1896年,W.W.Jacques 提出了用煤作为燃料电池的燃 料,但由于无法解决环境污染的问题,没有取得满意的效果. 1897年,W.Nernst 用氧化钇和氧化锆的混合物作为电 解质,制作成了固体氧化物燃料电池. 1900年,E.Baur 研究小组发明了熔融碳酸盐型燃料 电池(MCFC ).此后,I.Taitelbaum 等人就此进行了一些拓展性的研究. 1902年,J.H.Reid 等人先后开始研究碱质型燃料电 池(AFC ). 1906年,F.Haber 等人用一个两面覆盖铂或金的玻璃 圆片作为电解质,与供气的管子相连,做出了固体聚合物燃料电池(SPFC )的雏形. 1952年,英国学者F.T.Bacon 在借鉴前人研究经验 的基础上研制出具有实用性的培根电池并获得专利.它的研制思路是避免采用贵金属并设法获得尽可能高的输出功率.采用双层孔径烧结镍做电极,氢氧化钾水溶液做电解质,以纯氢和纯氧为燃料及氧化剂.副产物是纯水.培根电 第21卷第2期2006年4月 平顶山学院学报Journal of Pingdingshan University Vol.21No.2 Apr.2006
浅谈燃料电池的发展
浅谈燃料电池的发展 [摘要] 本篇文章收集了当前国内外从事燃料电池及燃料电池电动车公司或科研机构的大量资料、信息。综合介绍了燃料电池的工作原理、结构特点、优缺点、研制动向，并对国内外汽车公司的燃料电池电动车的研制现状、技术难点、发展趋势、市场预测及竞争的态势作了客观的介绍。 关键词：汽车燃料电池混合动力汽车 前言 当人类步人21世纪，开始面临着三大难题：减少大气污染、改善人类生态环境、节省石油资源。而汽车被认为是上述三大难题的始作俑者。据介绍全球大气污染的近一半是由于汽车造成的，全球80%以上的石油资源被汽车消耗。汽车的排放物被认为是全球温室效应的第三大制造者，它导致了全球变暖。同时人类无节制的开采导致传统的能源（主要是不可再生的化石燃料）正日趋枯竭，过度依赖石油进口引起地缘政治不稳定而且化石燃料燃烧后排放的废气造成严重的空气污染，甚至加速气候变化，因此要实现经济、社会的可持续发展，寻找新的替代能源迫在眉睫。 节能、高效、低污染的燃料电池，是解决上述三大难题的最理想的动力源，它将成为第三代动力源（第一代蒸汽机，第二代内燃机）。它的成功将会是汽车工业的又一次重大变革，也将带来下一个工业革命。所以研究开发燃料电池电动车具有战略意义。因此受到世界发达国家的高度重视，投入了大量人力物力进行研究开发并取的了很大的进展。 1 什么是燃料电池（Fuel Cell） 燃料电池是一种化学电池，但是，它工作时需要连续地向其供给活物质(能起反应的物质)——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释放出的能量转变为电能输出，所以才被称为燃料电池。具体来说，燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，通过催化剂的作用，使氢与氧发生化学反应，等温、高效、无污染地转化为电能的发电装置，其反应过程不涉及到燃烧，能量转化率可高达80％，实际使用效率是普通内燃机的２倍以上。 燃料电池（ＦＣ）具有能量转化率高，燃料多样化，环境污染小、噪声低、可靠性强、维修性好等特点。因此开发燃料电池汽车，在能源环保形式日益严峻的情况下倍受瞩目。 2 燃料电池的种类及用途 汽车用FC研究最多、最成功的是固体高分子交换膜燃料电池(PEMFC)。PEMFC作为第五代FC，由于具有能量转化率高、低温启动、无电解质泄漏等特点，被公认为最有希望成为电动汽车的理想动力源。但是由于PEMFC需采用贵金属Pt作为电极催化剂，不仅提高了成本；而且限制了燃料只能采用纯氢，因为燃料中的微量CO也可导致Pt中毒。近年来，PEMFC技术取得了重大突破，燃料已经实现内重整，使得系统体积大为减少，有望进一步“减负”；更重要的是催化剂中pt载量大为降低，成本问题有望得到解决，相信PEMFC汽车在不久的将来能够实现商业化。 在PEMFC的基础上，以甲醇代替纯氢直接作为燃料，可以大为简化系统，这种PEMFC称为直接甲醇燃料电池（DMFC）。DMFC具有体积小、重量轻、燃料来源丰富、价格便宜、储存携带方便等优点，是理想的汽车动力源。对于DMFC而言，甲醇的阳极氧化迟缓及甲醇通过Nafion膜（全氟磺酸膜）的渗透所引起的阳极性能衰减是限制DMFC发展的主要问题。目前许多研究人员正在开发新的替代Nafion膜的聚合物膜，也取得了很大的进展。提高甲醇氧化的催化剂活性，减少贵金属用量也是DMFC技术实用化的关键。专家们认为这项技术距离实用化至少还需7年时间。尽管如此，许多人仍把它作为FCV的首选技术进行开发和研究。 固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全陶瓷结构FC，其能量转化效率最高，操作方便，无腐蚀，与PEMFC相比，燃料适用面广，不须用贵金属催化剂，而且不存在DMFC的液体燃料渗透问题。但是SOFC 受电解质所限，须高温（1000℃左右）工作，导致启动慢，这是SOFC在汽车上应用的致命弱点。随着SOFC 技术的发展，低温SOFC的研究取得了突破性进展，采用新型低温固体电解质和高活性的电极材料，使工
新能源大作业 燃料电池的发电技术
题目名称： 姓名： 班级： 学号： 日期： 机电工程学院
燃料电池发电技术 摘要: 介绍了各种类型燃料电池( 碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池及质子交换膜燃料电池) 的技术进展、电池性能及其特点。其中着重介绍了当今国际上应用较广泛、技术较为成熟的磷酸燃料电池。对燃料电池的应用前景进行探讨, 并对我国的燃料电池研究提出了一些建议。 关键词: 燃料电池; 磷酸燃料电池; 燃料电池有多种类型, 按使用的电解质不同来分类, 主要有碱性燃料电池(AFC) 、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 、固体氧化物燃料电池( SOFC) 、磷酸燃料电池( PAFC)等。 燃料电池的发展过程： 1889：L.Mond和https://www.sodocs.net/doc/9b1606548.html,nger以多孔非传导材料为隔膜，组装出采用氢气-氧气的燃料电池，接近现代的FC 1923：A.Schmid提出多孔气体扩散电极的概念，在此基础上： 1950：培根(Francis Bacon)研制成功碱性燃料电池，并被NASA确定为其太空计划的动力源. ——成功作为60年代Apollo登月飞船的主电源 1960：美国通用电气研制出采用聚苯乙烯磺酸膜的质子交换膜燃料电池PEMFC，且于1960年10月首次用于双子星座(Gemini)飞船的主电源 ——由于膜的降解，缩短了电池寿命，污染了宇航员的饮用水 1962：杜邦（Du Pond）公司开发成功全氟磺酸膜，并被通用组装成长寿命（57000h）的PEMFC，并在卫星上做了小电池的搭载实验。解决了以上问题 ——因价格原因，未能中标美国航天飞机电源，导致PEMFC研究停滞 ——让位于石棉膜型碱性氢氧燃料电池 1970年代：其它燃料电池陆续面世——磷酸(Phosphoric Acid) PAFC、溶融碳酸盐 (Molten Carbonate) MCFC、固体氧化物(Solid Oxide) SOFC 1983：Ballard在加国防部支持下，研制成功新型全氟磺酸膜，实现“电极-膜-电极”三合一组建（MEA） 各种燃料电池发展状况 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
燃料电池发展现状研究报告进展资料
应用电化学论文作业 题目燃料电池的发展现状及研究进展学院化学与化学工程学院 专业班级制药134班 郭莹莹
摘要 燃料电池是一种清洁高效的能源利用方式，它是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。发展燃料电池对于改善环境和实现能源可持续发展有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及燃料电池的优点，详细阐述了燃料电池现在的发展现状和未来研究前景的展望。 关键词：燃料电池转换装置应用发展
1 燃料电池的工作原理及分类 燃料电池( Fuel Cell，FC) 是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEM-FC) 、磷酸燃料电池( Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC) 、碱性燃料电池( Alkaline Fuel Cell，AFC) 、固体氧化物燃料电池( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC) 及熔融碳酸盐燃料电池( Molten CarbonateFuel Cell，MCFC) 等。以质子交换膜燃料电池为例，主要部件包括: 膜电极组件( Membrane Elec-trode Assembly，MEA) 、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反应的核心部件，由阴阳极多孔气体扩散电极和电解质隔膜组成。电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，电子通过外电路作功，反应产物为水。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为0．7 V 左右。为了满足一定应用背景的功率需求，燃料电池通常由数百个单电池串联形成燃料电池堆或模块。因此，与其它化学电源一样，燃料电池的均一性非常重要。燃料电池发电原理与原电池类似( 见图1) ，但与原电池和二次电池比较，需要具备一相对复杂的系统，通常包括燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统，其工作方式与燃机类似。理论上只要外部不断供给燃料与氧化剂，燃料电池就可以续发电。
燃料电池的原理及发展
燃料电池原理与发展 燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转换为电能，因此，它没有像普通火力发电厂那样的通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可避免过程中转换损失，达到市制发电效率。 近20多年来，燃料电池经历了碱式、磷酸、熔融碳酸盐和固体电解质等几种类型的发展阶段。美、日等国已相继建立了一些碳酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂和质子交换膜燃料电池电厂。燃料电池的结构与普通电池基本相同，有阳极和阴极，通过电解质将这两个电极分开。与普通电池的区别是，燃料电池是开式系统。它要求连续供应化学反应物，以保证连续供电。其工作原理：燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。 介绍一下熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）一、MCFC概述 1.1 燃料电池简述燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，结构如图1-1所示。它的发电方式与常规的化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢)的氧化过程，阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成总的电回路。在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行，即在燃料电池内，可在其操作温度下利用化学反应的自由能。但是，燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。同汽油发电机相似，它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。当电池工作时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时排出一定的废热，以维持电池温度的恒定。燃料电池本身只决定输出功率的大小，其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。总体上，燃料电池具有以下特点： (l) 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。 (2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。
标准答案-综合管理处-大连化物所
大连化物所2008年“安全科研月” 安全知识竞赛试卷（二） 答卷说明： 1、本套试题适用于科研工作者对工作中所接触的危险化学品技术安全、防火防爆技术安全、职业危害控制和国家法规、制度等安全知识的理解和掌握。 2、采取闭卷答题，答题时间为60分钟。 一、单项选择（40道题，每题1分，共40分。要求从选项中选择一个最符合题意的为答案） 1. 2008年安全生产月活动的主题是 A 。 A. 治理隐患防范事故 B. 综合治理保障平安 C. 安全责任重于泰山 D. 关注安全关爱生命 2. 消防工作贯彻 C 的方针，坚持专门机关与群众相结合的原则，实行防火安全责任制。 A、谁主管、谁负责 B、以防为主，以消为辅 C、预防为主，防消结合 3. 安全需要是人最基本的 A 需要。 A. 生存 B. 生活 C. 精神 D. 其他 4. 海因里希统计了55万件事故，其中死亡、重伤事故1666件，轻伤48334件，其余则为无伤害事故，进行了详细调查研究后得出了海因里希法则，事故后果为严重伤害、轻微伤害和无伤害的事故件数之比为 D 。 A. 1:100:500 B. 1:10:300 C. 1:10:100 D. 1:29:300 5. 安全标志分为四类，它们分别是 D 等标志。 A. 通行、禁止通行、提示和警告 B. 禁止、警告、指令和通行 C. 禁止、警告、通行和提示 D. 禁止、警告、指令和提示 6. 氢氰酸的主要危害在于其 A 。 A. 毒性 B. 燃烧爆炸危险性 C. 放射性 D. 腐蚀性 7. 《常用危险化学品分类及标志》将危险化学品分为8类，不属于第4类的是 D 。 A. 遇湿易燃物品 B. 易燃固体 C. 自然物品 D. 压缩气体 8. 物质燃烧必须具备的三个条件是 D 。 A. 可燃物质、助燃物质和闪点 B. 可燃物质、引燃物质和闪点 C. 可燃物质、助燃物质和燃点 D. 可燃物质、助燃物质和火源 9. 对液体可燃物起始燃烧过程的描述正确的是 B 。 A. 着火—燃烧—气化 B. 气化—着火—燃烧 C. 气化—燃烧—着火 D. 燃烧—气化—着火 10. 危险化学品 B 属于遇空气燃烧物质。 A. 甲醇 B. 黄磷 C. 丙酮 E. 硫酸 11. 氢氟酸的主要危害在于其 D 。 A. 毒性 B. 燃烧爆炸危险性 C. 放射性 D. 腐蚀性 12. 过氧化氢与 C 混合将会出现爆炸燃烧的严重后果。 A. 甲醇 B. 乙醇 C. 丙酮 D. 乙醚 13. 化学品泄漏事故，下面哪种做法是错误的 C 。 A. 报告（报警） B. 采取危险部位进出限制 C. 所有人员参加事故救援 14. 下列科研过程中的危害因素，属于化学因素的是 C 。 A. 真菌 B. 病毒 C. 工业毒物 D. 辐射 15. 稀释浓酸时，下列哪种方法比较安全 A 。 A. 将浓硫酸缓缓注入到水中，并慢慢搅拌 B. 将水缓缓注入到浓硫酸中，并慢慢搅拌
燃料电池研究现状与未来发展
燃料电池研究现状与未来发展香山科学会议第59次学术讨论会于1996年8月24～27日举行。会议主题是“燃料电池研究现状与未来发展”。会议执行主席路甬祥与王佛松院士主持了会议。42位来自中国科学院、全国高校及公司等25个单位的燃料电池及相关学科的专家学者共同研讨燃料电池的发展现状和未来走向，以及发展我国燃料电池技术大计。 会议综述报告及中心议题讨论内容主要包括3部分：(1)燃料电池的总体评价；(2)目前处于研究开发阶段的3种类型燃料电池的评价；(3)我国发展此技术应采取的战略与策略。 一、燃料电池的技术评价 燃料电池(Fuel cell缩写FC)是将气体燃料的化学能直接转化为电能的电化学连续发电装置。电池电化学基本反应：H2十l／202＝H20和CO十1／202＝C02。自150余年前被发明以来，现已发展了6种形式。它们分别为碱性(AFC)、磷酸(PAFC)、熔融酸盐(MCFC)、固体氧化物(SOFC)、聚合物离子膜(PEMFC或SPFC)及生物燃料电池(BEFC)。 概括而言，燃料电池具有以下优点：(1)能量转换效率高达45—60％。而火电和核电为30一40％；(2)有害气体SO x、NO x及噪音排放很低；CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低；元机械振动；(3)燃料适用范围广，凡能
转化为H2和CO燃料均可使用；(4)积木性强；规模及安装地点灵活；规模小(数十千瓦级)影响能量转换效率不明显。 现PAFC在发达国家已商业化；AFC在60年代末即用于航天器。其它方面的应用不如PEMFC更具优势；BEFC尚处于实验室的探索性基础研究阶段。目前各国的燃料电池的研究开发重点主要集中在MCFC、SOFC和PEMFC上。 1．MCFC运行温度650℃，燃料适用范围广，电催化剂为非贵金属，余热可为燃气轮机所利用，适用于固定式发电电站。在各国对燃料电池的经费投入中，MCFC所占比例最大。现国外(美、日、西欧)已有100kW级发电系统的运行，预计美国2000年实现商业化，日本计划2005年实现商业化。目前MCFC研究需要解决的关键技术问题有：(1)阴极(NiO)溶解，这是影响电池寿命的主要因素；(2)阳极蠕变；(3)熔盐电质对电池双极板的腐蚀；(4)电解液流失。 2．SOFC作为运行温度最高的燃料电池(800—l000℃)，功率密度高，采用全固体结构，无腐蚀性液体，燃料适用范围广，天然气可不经重整直接使用。其尾气温度高达900℃，可为燃气轮机和蒸汽轮机所用，发电效率可达70％，如加上余热利用其燃料利用率可达90％，可用于大中小型电站，作为运载工具的驱动电源也有应用前景。目前SOFC研究十分活跃，电池模块的制备规模在美、日、德三国已达20一30kW。2000一2010年间可实现商业化。目
中国燃料电池发展前景分析
中国燃料电池发展前景分析 燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。根据电解质种类不同，燃料电池基本分为五种：碱性燃料电池（AFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）以及质子交换膜燃料电池（PEMFC）。燃料电池具有以下优点：能量转换效率高；无污染零排放；模块化结构，维护保养成本低；燃料来源广泛，通过多种方式制备。 质子交换膜燃料电池凭借其特性主要应用于新能源汽车。对比其他几种燃料电池，质子交换膜电池输出功率密度高，质量功率高，可在室温条件下工作，同时起动迅速，主要应用于新能源汽车。 燃料电池种类
质子交换膜电池主要由质子交换膜、催化剂，双极板等构成。当它工作时，氢气进入阳极扩散层，并在催化剂的作用下转化为质子和电子；氧气进入阴极扩散层，并在催化剂的作用下得到电子转变为 O2- 离子；质子通过质子交换膜到达阴极与 O2-作用形成水，电子则通过外电路回到阴极，在这个过程中产生并提供电能。 一、电池系统 电池系统是燃料电池汽车产业链的核心环节，而电池堆是其重要组成部分。燃料电池汽车产业链包括上游矿产等相关资源，中游的电池系统、电机电
控以及下游的整车厂、加氢站及服务等。燃料电池电池系统分为两大部分：一是电池堆，包括质子交换膜、催化剂、扩散层和双极板；二是其他部件，包括空压机、储氢瓶。 电池堆包括质子交换膜、催化剂、扩散层和双极板。其中质子交换膜直接影响燃料电池的使用寿命；催化剂决定电极反应的效率；扩散层起到支撑催化层，收集电流，传导气体和排出水作用；双极板则负责把燃料和空气分配到两个电极表面以及电池堆散热。 电池堆组成部分情况
燃料电池的发展现状及研究进展
应用电化学 论文作业 题目燃料电池的发展现状及研究进展学院化学与化学工程学院 专业班级制药134班 姓名郭莹莹
摘要 燃料电池是一种清洁高效的能源利用方式，它是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。发展燃料电池对于改善环境和实现能源可持续发展有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及燃料电池的优点，详细阐述了燃料电池现在的发展现状和未来研究前景的展望。 关键词：燃料电池转换装置应用发展
1 燃料电池的工作原理及分类 燃料电池( Fuel Cell，FC) 是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEM-FC) 、磷酸燃料电池( Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC) 、碱性燃料电池( Alkaline Fuel Cell，AFC) 、固体氧化物燃料电池( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC) 及熔融碳酸盐燃料电池( Molten CarbonateFuel Cell，MCFC) 等。以质子交换膜燃料电池为例，主要部件包括: 膜电极组件( Membrane Elec-trode Assembly，MEA) 、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反应的核心部件，由阴阳极多孔气体扩散电极和电解质隔膜组成。电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，电子通过外电路作功，反应产物为水。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为0．7 V 左右。为了满足一定应用背景的功率需求，燃料电池通常由数百个单电池串联形成燃料电池堆或模块。因此，与其它化学电源一样，燃料电池的均一性非常重要。燃料电池发电原理与原电池类似( 见图1) ，但与原电池和二次电池比较，需要具备一相对复杂的系统，通常包括燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统，其工作方式与内燃机类似。理论上只要外部不断供给燃料与氧化剂，燃料电池就可以续发电。 图1 PEMFC 基本原理 燃料电池从发明至今已经经历了100 多年的历程。于能源与环境已成为人
燃料电池电动汽车发展现状与前景
燃料电池电动汽车发展现状与前景 随着社会的进步和人员移动性增强，全球汽车需求 量快速增长，迄今世界上的汽车保有量达到创纪录的10 亿 辆以上且还在不断大幅增长，使得基于传统的内燃机 Internal Combustion Engine ，ICE )汽车的轻量化与节能减排等技术进步难以降低汽车燃料的消耗和减少污染物的排放。2020 年之前温室气体(Greenhouse Gas ，GHG) 排放在1990 年水平基础上下降20% 的任务日益艰巨。如果再不采取有效措施，公路交通运输车辆的GHG 温室气体排放将会持续不断增长。通过研讨纯电动汽车( Battery Electric Vehicle ，BEV ）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle HEV )、或燃料电池电动汽车( Fuel Cell Vehicles ，FCVs ； Fuel Cell Electric Vehicles ，FCEVs ）等多种类型的电动汽车( Electric Vehicle ，EV )技术[3-5]有望明确实现节能减排 的理想途径。自1966 年通用汽车推出了世界上第1 款燃料电池电动汽车GMC Electrovan ，尤其是本田在1999 年推出了世界上第1 台商用的燃料电池电动汽车FCX-V4 以来，世界上EV 电动汽车型号不断丰富和租赁销售量明显增长，太、北美和欧洲成长为全球EV 电动汽车重要的新车研发制造和租赁销售市场，2014 年全世界的EV 电动汽车销售量达到34.6 万辆以上，年增长率达到86% 。
燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来 得到国内外高度重视，成为最被看好的可用于替代汽油和柴 油等传统的 ICE 内燃机发动机技术的先进新能源汽车技术。 日本政府希望其到 2020 年的 FCVs 燃料电池汽车销量达到 500 万辆，再通过 10 年的研发推广实现全面普及 FCVs 燃 料电池汽车。 美国政府在 2003 年投入 12 亿美元大力推进氢 技术和燃料电池技术，其中重要项目之一就是美国能源部 Department of Energy ， DOE ）在北加州、南加州、密歇 展的氢技术和基础实施验证与示范综合工程，吸引了 Hyundai-Kia/Chevron 、 DaimlerChrysler/BP 、 Ford/BP 和 GM/Shell 等多家汽车制造 /能源供应商参与。 美国能源部大力推进氢经济和燃料电池技术，尤其是商 业化推广应用方面取得显著进展，比如目前高容量和低容量 燃料电池制造成本分别为 55 美元 /kW 和 280 美元 /kW[6] ， 汽车燃料电池 2014 年的制造成本自 2006 年下降 50% 并自 2008 年以来进一步下降 30% 以上（基于高容量电池制造） 这必将带动创造工作岗位、投资机会和可持续、安全的能源 供应。为了在 2020 年前争取把欧盟建立成一个具有全球领 先水平的燃料电池 （Fuel Cell ，FC ）系统和氢能源 （Hydrogen Energy ，HE ） 经济的巨大市场，欧盟高度重视燃料电池技术 和氢能源技术并把之视作能源领域的战略高新技术大力推 根州东南部、大西洋区中部和佛罗里达州中部等 5 个区域开 f It 步
燃料电池发展现状与应用前景
燃料电池发展现状与应用前景 摘要: 介绍了各种类型燃料电池( 碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池及质子交换膜燃料电池) 的技术进展、电池性能及其特点。其中着重介绍了当今国际上应用较广泛、技术较为成熟的磷酸燃料电池和质子交换膜燃料电池。对燃料电池的应用前景进行探讨, 并对我国的燃料电池研究提出了一些建议。 关键词: 燃料电池; 磷酸燃料电池; 质子交换膜燃料电池 燃料电池有多种类型, 按使用的电解质不同来分类, 主要有碱性燃料电池(AFC) 、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 、固体氧化物燃料电池( SOFC) 、磷酸燃料电池( PAFC) 及质子交换膜燃料电池( PEMFC) 等。 1 各种燃料电池发展状况 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 的优点在于除贵金属外, 银、镍以及一些金属氧化物都可以作电极催化剂, 它的阴极性能也比酸性体系要好, 而且电池的结构材料也较便宜。缺点在于对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, 目前AFC 主要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型燃料电池样机。 1. 2 熔融碳酸盐燃料电池( MCFC) MCFC 的电解质由Li2CO3 和K2CO3 组成, 工作温度在650 e 左右, 阴极、阳极电化学反应快, 无需贵金属催化剂。由于在较高温度工作, 可以对天然气、煤炭气化燃料进行内部重整, 直接加以利用。不需要复杂昂贵的外重整设备。另外, 燃料转换效率高, 余热利用效率也较高。但MCFC 在高温下长期工作时电解质损失造成的电池失效、隔板腐蚀对电池寿命的影响, 以及镍电极缓慢溶解所造成的性能下降都是有待解决的课题。 由美国能源研究公司(ERC) 建造, 使用内部重整的2MWMCFC 装置已经安装在加利福尼亚并入电网运行了720h, 供电1710MWh, 1997 年3 月停运,为建造和运行这类电站提供了宝贵经验。日本熔融碳酸盐研究协会在日本月光计划和新日光计划的支持下, 一个1000kW系统正在组装以评价此技术。 长春应用化学研究所于90 年代初开始研究MCFC, 在LiAlO2 微粉的制备方法和利用金属间化合物作MCFC 的阳极材料等方面取得了很大的进展。大连化学物理所从1993 年起在中科院资助下开始研制, 自制LiAlO2 微粉制造的MCFC 单体电池性能已达国际80 年代初的水平。 1. 3 固体氧化物燃料电池( SOFC) SOFC 工作温度高达1000 e , 反应速度快, 不需要贵重金属做催化剂, 不存在电解质腐蚀金属问题。碳氢化合物燃料可自动在燃料电池内部重整, 并迅速地在电极上被氧化, 燃料中杂质对电池的性能、寿命影响均很小。其燃料转换效率高, 高温余热可很好利用, 从而提高燃料的总利用效率。SOFC 可以与燃气轮机相结合, 即用燃料电池的动力代替燃气轮机的燃烧段, 总效率可望达到60%~ 70% 。SOFC 的主要问题是固体氧化物电解质所用的陶瓷材料脆性大, 目前仍很难制造出大面积的固体电解质膜, 这严重制约了建造大功率SOFC。另外, SOFC 还存在诸如电流密度小、电压降高、制造工艺复杂、成膜设备昂贵等问题。
大连化学物理研究所公寓入住协议 - 大连化物所
大连化学物理研究所公寓入住协议 本协议双方当事人： 出租方（以下简称甲方）：中国科学院大连化学物理研究所 联系电话：84379793 入住方（以下简称乙方）：________ 乙方人员类别：□在籍研究生□引进人才□博士后□单身职工 □其他（联合培养研究生、高校到所临时入住学生等） 乙方人员所在部门：______________ (身份证)(护照)：________________________ 联系电话：________________ ；E-mail: ____________________ 根据《中华人民共和国合同法》、《中华人民共和国城市房地产管理法》《大连化学物理研究所公寓管理办法》及其他有关法律、法规规定，在平等、自愿、协商一致的基础上，乙方同意甲方将其住址在所内公示情况下，甲、乙双方就下列公寓的入住达成如下协议： 第一条公寓基本情况 甲方公寓（以下简称该公寓）坐落于：__________________________________（公寓包括星海二站园区的研究生教育大厦及所产权住宅），乙方入住该公寓中床位□一□二个。 房屋设施：详情见《中科院大连化学物理研究所公寓入住承诺书》中的物品明细单。 第二条房屋用途 该公寓用途为宿舍，除双方另有约定外，乙方不得任意改变房屋用途。 第三条入住期限 入住期限自______年____月____日至________________________，其中在籍研究生入住期限为其完成论文答辩的日期；引进人才入住期限为二年（其中免费期为十二个月）；博士后入住期限为自如站起两年，最长不得超过四年；单身职工入住期限为两年。 其他人员为临时入住，如遇公寓房源紧张或甲方整体调配房源时，乙方必须无条件服从甲方调配或搬离，甲方会提前一个月通知。 第四条公寓收费及付款方式