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燃料电池的研究与发展燃料电池作为一项新型清洁能源技术，一直备受关注。
其具备高能量效率、零排放、环保和可持续等优点，有望成为未来能源转型的重要方向之一。
在燃料电池技术的发展历程中，不仅是科技水平的进步，更需要政策支持和市场需求的驱动。
一、燃料电池的基本概念燃料电池是指将电化学反应中的能量转化为电能和热能的一种设备。
它采用氢气、甲烷、乙醇或其他可燃气体作为燃料，经过电化学反应，将燃料氧化为水和二氧化碳等废气和电能。
燃料电池的产生并排放的废气是相对环保且对生态问题的影响较小的。
二、燃料电池的分类燃料电池大致分为四个主要类型：聚合物电解质燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。
其中，PEMFC应用最广泛，以质子交换膜作为电解质。
它的主要优势是能够在较低的温度下工作，响应较快，但更脆弱和腐蚀。
而SOFC可以在较高的温度下工作，表现更好的可靠性和耐久性，但在高温下稳定性较差。
三、燃料电池的应用领域燃料电池有着广泛的应用领域，包括航天航空、交通运输、城市能源以及移动电源等方面。
在航天领域，联合发射的航天卫星、地球和天体观测卫星和宇宙飞船等，都需要较小的体积、轻便的设备和长期的续航性，燃料电池因此被广泛应用。
在交通运输领域，燃料电池也被广泛应用于制造汽车、火车、船舶等交通工具。
燃料电池驱动的电动汽车作为一种非常新的清洁能源汽车类型，在燃料电池的推动下，逐渐成长为了一个重要行业，如一汽大众的SAGITAR车型和丰田的MIRAI都采用了燃料电池。
城市能源领域，市政府、企事业单位广泛采用燃料电池系统供电其内部，也是一种清洁、高效、无噪音的清洁能源，受到好评。
四、燃料电池的研究进展早期燃料电池发展存在着成本高、技术性能差等问题，燃料电池在车载和交通领域的发展速度较慢。
随着科技的发展，燃料电池的性能不断提高，成本也逐渐降低，燃料电池得到广泛应用的前景更加广阔了。
燃料电池技术的研究进展和应用前景随着环保意识的不断升温和化石能源的日益减少，新能源技术逐渐成为人们关注的焦点。
其中，燃料电池技术以其高效、环保、可靠等特点备受瞩目。
本文将对燃料电池技术的研究进展和应用前景进行探讨。
一、燃料电池技术概述燃料电池技术是指利用氢气和氧气等气体或有机物质等化学物质，在催化剂的作用下通过电化学反应转化为电能的一种技术。
与传统燃烧发电相比，燃料电池技术具有高能效、零污染、静音等优点，被认为是未来清洁能源的重要选择。
目前，燃料电池技术主要包括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池等类型。
每种燃料电池技术的反应原理、材料及结构都有所不同，适用于不同的应用领域。
二、燃料电池技术的研究进展近年来，燃料电池技术在各领域得到了广泛应用。
以质子交换膜燃料电池为例，其在汽车、家庭、电力和航空航天等领域均有应用。
在应对能源危机和环境污染等问题上，燃料电池技术发挥着越来越重要的作用。
以下是燃料电池技术的研究进展：1. 材料方面的进展燃料电池的关键材料包括阳极、阴极、电解质等部分。
近年来，燃料电池材料的研发成为了燃料电池领域的热门话题。
研究者通过不断改进材料的性能，以提高燃料电池的耐久性、效率和稳定性。
2. 系统集成方面的进展燃料电池基础研究中心在燃料电池领域里积极进行质子交换膜燃料电池系统高效低成本多反应器组流量分配器的研究，研究者提出了较创新的思路，取得了一定的进展。
同时，压缩式多反应器组燃料电池系统、积极微面条件下的燃料电池系统等也是研究热点。
3. 应用方面的进展燃料电池技术的应用范围越来越广泛。
在燃料电池汽车领域，包括特斯拉、丰田、本田等多家汽车制造商已纷纷加入到燃料电池汽车的研究和生产中。
除此之外，燃料电池系统还可应用于舰船、飞机、数码产品、船舶及城市燃气供应等领域。
三、燃料电池技术的应用前景燃料电池技术具有开发潜力巨大且应用前景广阔的优势。
预计到2050年，全世界能源需求将增长70%至80%。
新型燃料电池技术的研究进展和应用前景
一、技术研究进展
1.高效电解质与电极材料
传统燃料电池对电解质和电极的选择较为受限，限制了其应用范围。
而新型燃料电池技术不仅能够使用传统的质子交换膜，还可以采用高温氧离子电解质等新型电解质材料。
同时，新型电极材料的开发也进一步提高了燃料电池的电化学性能，例如金属催化剂和合金催化剂的研究等。
2.多种可燃料选择
3.系统集成与优化
新型燃料电池技术的研究重点逐渐向系统集成和优化方向发展，以提高燃料电池的整体性能。
例如，电堆或电池组的优化设计可以提高能源转换效率和稳定性；系统的聚合也可以实现多个燃料电池模块的协同工作，进一步提高系统整体性能。
二、应用前景
1.交通运输领域
新型燃料电池技术在交通运输领域具有广阔的应用前景。
以氢燃料电池为例，它不仅能够为电动汽车提供高能量密度的电源，还能够实现零排放和长续航里程。
随着氢能基础设施的逐渐完善，氢燃料电池汽车有望成为未来交通运输的重要选择。
2.非电化石能源利用
3.便携式电源和小型家电
4.工业和航空航天领域
新型燃料电池技术在工业和航空航天领域也展示出了应用潜力。
例如，燃料电池可以作为工业锅炉的替代品，实现能源的高效利用和减排减污。
在航空航天领域，新型燃料电池的高能量密度和轻量化特性使得其成为无
人机和太空探测器等飞行器的理想能源选择。
总之，新型燃料电池技术的研究进展和应用前景广阔。
随着技术的不
断创新和突破，相信新型燃料电池将在能源领域发挥更加重要的作用，为
可持续发展提供更加可靠的能源解决方案。
燃料电池发展现状及未来趋势分析引言：燃料电池是一种具有高效、清洁、可再生特征的能源转换技术，被广泛认为是解决全球能源与环境难题的重要途径之一。
本文将对燃料电池的现状进行分析，并探讨其未来的发展趋势。
第一部分：燃料电池现状1. 燃料电池的基本原理燃料电池是通过利用氢气（或其他燃料）与氧气反应产生电能和热能的装置。
其基本原理是在阳极（负极）和阴极（正极）之间通过电解质（如聚合物膜）传递离子，同时由阳极催化剂使燃料发生氧化反应，产生电子和正电离子。
电子经过外部电路传输，而正离子穿过电解质传输到阴极，并与氧气发生还原反应，最终产生水。
2. 燃料电池的应用领域燃料电池被广泛应用于交通工具、电力系统、移动设备等领域。
其中，交通工具是燃料电池的主要应用领域之一。
燃料电池动力的优势在于高效、无污染、噪音低，可以为汽车提供零排放的驱动力。
3. 燃料电池的现状与挑战目前，燃料电池技术已经在一定程度上成熟，并逐步商业化。
然而，燃料电池的商业化进程仍面临一些挑战。
首先，成本仍然较高，制约了其大规模应用。
其次，氢气的储存与供应问题是一个关键难题。
此外，燃料电池的寿命、稳定性和可靠性也需要进一步改进。
第二部分：燃料电池未来的趋势1. 技术创新与成本降低燃料电池技术在不断创新与突破，各种新材料和催化剂的开发有望改善燃料电池的性能，并降低成本。
例如，金属氧化物催化剂的研究、负载型催化剂以及非贵金属催化剂的开发都有望降低燃料电池的制造成本。
此外，先进的材料设计和工程方法也将有助于提高燃料电池的效率和稳定性。
2. 燃料电池与可再生能源的结合燃料电池与可再生能源的结合将成为未来的发展趋势之一。
可再生能源如风能、太阳能等具有间歇性和不稳定性的特点，而燃料电池可以将这些能源转化为电能，并且具备储能功能，能够提供持续稳定的电力输出。
这种结合不仅可以解决可再生能源的波动性问题，还可以提高能源利用率和系统的可靠性。
3. 氢能基础设施建设的加速推进为了推动燃料电池的发展，氢能基础设施的建设至关重要。
燃料电池的发展现状及研究进展燃料电池作为一种清洁能源技术，受到了全球范围内的广泛关注。
它能够将化学能转化为电能，并且只产生水和热作为副产物，不会产生有害物质，具有很高的能量转化效率和零排放的特点。
因此，燃料电池被认为是解决能源和环境问题的理想选择。
在过去的几十年里，燃料电池的发展取得了巨大的进展，下面将对其现状和研究进展进行介绍。
首先，燃料电池的发展现状。
目前，燃料电池主要包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和燃料电池。
聚合物电解质燃料电池（PAFC）等几个主要类型。
其中，PEMFC是目前应用最广泛的一种燃料电池，主要用于汽车和小型移动设备。
SOFC由于其高温运行特性，被广泛应用于大型电力系统和工业领域。
AFC早在燃料电池研究的早期就被发展出来，目前在一些特殊领域如宇航等得到了应用。
另外，还有其他类型的燃料电池如碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等，不同类型的燃料电池适用于不同的应用场景和需求。
其次，燃料电池的研究进展。
燃料电池的研究主要集中在提高性能和降低成本两个方面。
在性能方面，研究人员致力于提高燃料电池的功率密度和能量效率。
例如，通过优化催化剂的设计和合成，改善了燃料电池的催化剂活性和稳定性。
此外，探索新型电解质材料和电极材料，如合金储氢材料、碳纳米管等，也为提高燃料电池性能提供了新的途径。
在成本方面，研究人员致力于降低燃料电池的原材料成本和制造工艺成本。
例如，开发更便宜的催化剂替代品，改进制造工艺等。
此外，维护和管理燃料电池的寿命也是一个重要的研究方向。
因为燃料电池的寿命直接影响其经济性和可靠性。
此外，燃料电池的应用领域也在不断扩大。
除了传统的汽车和移动设备领域，燃料电池还得到了微型电网、船舶、飞机、无人机等更广泛的领域的关注。
例如，由于其高电能密度和长时间稳定性，燃料电池被广泛应用于微型电网系统中，以实现可靠的电力供应。
此外，由于其轻量化特性和零排放的特点，燃料电池在船舶、飞机和无人机领域也具有巨大的应用潜力。
燃料电池技术的研究与开发引言：燃料电池技术作为一种新型的清洁能源转换技术，正受到越来越多的关注和研究。
燃料电池的原理是通过氧化还原反应将化学能转化为电能，是一种高效、环保的能源转换方式。
本文将从燃料电池技术的原理、应用领域以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、燃料电池技术的原理燃料电池是利用氢气和氧气之间的氧化还原反应产生电能的一种装置。
燃料电池由阳极、阴极和电解质层组成。
在阳极，燃料进入电解质质子透过膜电解质到达阴极。
阴极则吸收来自阳极的氢离子和电子，并与空气中的氧气发生反应产生水。
在这个过程中，电子通过外电路流动以产生电能，而质子则通过质子交换膜流动。
二、燃料电池技术的应用领域1.交通运输：燃料电池在电动汽车领域具有广泛的应用前景。
相比传统汽车燃烧内燃机产生的污染物，燃料电池汽车仅排放水蒸气，无污染物排放，成为实现汽车零排放的理想选择。
2.电力供应：燃料电池可以用于小型家庭发电机组，能够为家庭提供可靠的电力供应。
此外，燃料电池也可以与太阳能电池板等其他可再生能源技术相结合，实现可持续的电力供应。
3.卫星和航空航天：燃料电池作为一种高能量密度的电源，可以为运载卫星和航空航天器提供电力。
相比传统的太阳能电池，在太空或高空环境中，燃料电池具有更好的性能和适应性。
4.便携式电源：燃料电池还可以作为便携式电子设备（如手机、电脑等）的电源。
燃料电池具有高能量密度、长时间使用和快速充电等优势，可以满足日常生活和工作的需求。
三、燃料电池技术的发展方向1.提高燃料电池的效率：目前，燃料电池的效率仍然较低，需要进一步提高。
通过改进电催化剂、改善电解质和膜材料等方面的研究，可以提高燃料电池的效率，减少能源浪费。
2.开发新型燃料电池：除了传统的氢燃料电池，还可以开发其他燃料电池技术，如甲醇燃料电池、生物质燃料电池等。
这些新型燃料电池可以利用更广泛的燃料资源，提高能源的利用率。
3.提高燃料电池的稳定性和寿命：目前燃料电池的寿命较短，需要频繁更换。
燃料电池技术的研究与发展随着人们对能源问题的重视，燃料电池技术因其无污染、高效率、高能量密度、静音等优点成为未来能源的研究热点。
目前，燃料电池技术已经包括了多种类型，如氢燃料电池、甲醇燃料电池、氧化物燃料电池等。
本文将对燃料电池技术的研究与发展进行探讨。
一、氢燃料电池氢燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，产生电能和水。
它的反应只会产生纯净的水、热和电能。
氢燃料电池在环境保护，节能减排等方面具有显著的优势。
目前氢燃料电池已经得到了广泛的应用，如汽车、储能、烹饪等。
可见，氢燃料电池在未来的发展前景非常广阔。
目前，氢燃料电池还存在一些问题，如成本高昂、储氢难度大等，这些问题未来有望得到解决。
二、甲醇燃料电池甲醇燃料电池以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，产生电能和水。
甲醇燃料电池能够将高能量密度的甲醇转化为电能，并且它所产生的热量可以被利用，因此它在汽车、储能等领域有着广泛的应用前景。
甲醇燃料电池不需要需要储氢胶囊，而且甲醇是一种易于储存和运输的可再生资源，在中国，甲醇的供应是很丰富的。
但是，甲醇燃料电池还存在一些问题，如寿命短、响应时间慢等，这些问题的解决需要进一步的研究。
三、氧化物燃料电池氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，燃料可以使用多种氢、电解氢、甲烷和其他可燃气体等。
它可以直接从燃料中产生电能，在热电联产和应急电源等方面有着广泛的应用前景。
和氢燃料电池、甲醇燃料电池相比，氧化物燃料电池的运行温度较高，可达到700-1000℃。
虽然高温燃料电池可以提高燃料电池效率和功率密度，但它同时也带来了更高的成本和技术挑战。
四、燃料电池技术的发展前景目前燃料电池技术已经广泛应用于汽车、储能、烹饪等领域。
未来，随着人们对环保、节能和可持续的生活方式的需求，燃料电池技术的发展前景越来越广泛。
同时，全球的能源问题越来越突出，燃料电池技术一直是解决这些问题的重要手段。
因此，燃料电池技术的研究与发展具有非常广阔的应用前景和发展潜力。
燃料电池技术的现状及发展趋势随着环境保护意识的增强以及可再生能源的不断发展，燃料电池技术也逐渐走进我们的视野。
燃料电池技术是指将化学能转化为电能的一种新能源技术。
相比传统燃油车，它具有零排放、高效、清洁等优势，可谓是一种环保型的高端科技。
那么，燃料电池技术的现状和发展趋势究竟是怎样的呢？本文将从技术现状、市场前景和未来发展三个方面进行剖析。
1. 技术现状目前，燃料电池技术已经有了较大的进展，主要体现在以下三个方面：（1）电化学反应的稳定性逐渐增强燃料电池的核心部件是电化学反应膜，它的稳定性直接决定着整个燃料电池的寿命。
随着科学家们对电化学反应机理的了解越来越深入，对反应膜材料的研究和改良也取得了不小的成果。
（2）燃料电池的存储技术得到提升燃料电池的燃料一般为氢气或者甲醇等，如何有效地储存这些燃料也是燃料电池技术所面临的难题。
目前，科学家们正在研究开发一些新型的储氢或储甲醇技术，如将氢气储存于固体材料中，或者将甲醇直接储存于燃料电池的反应膜中等。
（3）生产成本有所下降从一开始的高成本，到现在的生产工艺逐渐成熟，燃料电池技术的生产成本逐渐降低。
科学家们正在不断寻求降低材料成本，提高生产效率的方法。
2. 市场前景燃料电池技术市场前景广阔，这一点早已不是业内人士的秘密。
特别是在汽车领域，燃料电池车已经成为了各大汽车厂商争相研发的领域，而其中日系汽车厂商尤为突出。
燃料电池车的优点不仅在于环保，同时在功率、稳定性等方面也有所突破。
以丰田的Mirai为例，它的最大功率达到了154马力，最大续航里程也能够达到了502公里，相比燃油车有了明显的提升。
而在价格上，基于国家对新能源的支持，燃料电池车也有了一定的降价幅度。
另外，燃料电池技术还具有广泛的适用性，可以用于移动电源、航空航天器、及家庭应用等领域。
燃料电池技术不仅可以涉足汽车领域，还可以延伸到各个领域，具有强大的市场竞争力。
3. 未来发展从技术趋势上看，燃料电池技术未来的发展方向将主要集中在以下几个方面：（1）提高燃料电池的功率密度目前，燃料电池的功率密度仍然较低，也就是说燃料电池发电效率有待进一步提升。
燃料电池技术的发展现状及趋势分析目前，燃料电池技术已经取得了长足的进展，应用领域也在逐渐扩展。
首先是交通运输领域。
燃料电池汽车已经投入使用，并且在一些发达国家如美国、日本、德国等得到了推广。
燃料电池汽车具有零排放、长续航能力、短充电时间等优点，成为未来汽车发展的一种重要选择。
其次是航空、船舶领域。
燃料电池可以提供高能量密度，轻质的燃料，未来有望替代传统燃料，使得航空、船舶的运行更加环保和高效。
再次是移动电源领域。
燃料电池技术可以为手机、平板电脑等设备提供可持续的电力支持，解决了传统电池充电周期短、纯电动设备使用时间有限等问题。
燃料电池技术在国内外得到了广泛的研究和开发。
国内燃料电池产业链也在不断完善。
例如，国内已经有多家企业研发出了自主品牌的燃料电池汽车，并开始批量生产。
在政策支持和市场推动下，国内燃料电池产业链逐渐形成，包括燃料电池材料、燃料电池系统、燃料电池汽车制造等各个环节的发展。
同时，国内大力推进氢能源产业发展，使得燃料电池技术得到了更多的关注和投入。
燃料电池技术的发展趋势主要有四个方面。
首先是材料技术的研发。
燃料电池的核心是电极和电解质材料，研发高效、稳定、廉价的材料是实现燃料电池商业化的关键。
因此，研究人员将继续在材料方面开展深入研究，以提高燃料电池的性能和降低成本。
其次是技术集成的发展。
燃料电池系统需要与氢气供应、氧气供应、电控系统等各个部件进行集成，使得整个系统的性能更为稳定和可靠。
因此，技术集成将成为未来燃料电池系统研究的重点。
再次是氢能源基础设施的建设。
燃料电池技术的发展离不开氢气供应设施的建设，包括氢气生产、储存、运输等环节的完善。
最后是政策和市场的推动。
政策的支持和市场的需求是燃料电池技术商业化的重要保障。
各国政府将继续出台有利于燃料电池技术发展的政策，并加强市场推广，以推动燃料电池技术在各领域的应用。
总之，燃料电池技术作为一种高效、清洁、可持续的能源转换技术，具有广阔的发展前景。
燃料电池技术研究进展与展望燃料电池技术是一种无污染能源技术，利用化学反应产生电力。
它可以使用任何氢源，包括水、氢气和氢化物，以及碳氢化合物和甲醇等化石燃料。
燃料电池技术的优点在于高效、低污染、便携、静音、易于维护和使用的现实。
目前，燃料电池技术已经广泛应用于汽车、航空、航天、军事、发电和移动设备等领域。
在汽车领域，燃料电池技术与电动汽车技术和混合动力技术并列成为主流的低污染能源技术。
燃料电池技术的研究和开发已经取得了长足的进展。
首先，燃料电池经过多年的研究发展，其技术性能和稳定性已得到了大幅度的提升，它已经可以满足市场需求。
其次，燃料电池的成本也在逐步降低，这使得它在各个领域有着更广泛的应用前景。
最后，燃料电池技术的热点和前沿方向主要有三个方向：新型催化剂的研究，燃料电池结构的优化，系统集成和控制技术的研究。
关于新型催化剂的研究，目前的燃料电池用的催化剂主要有铂、钯、镍等，而且铂是最优秀的催化剂，但成本昂贵。
因此，研发更便宜的催化剂已成为燃料电池技术的研究方向之一。
例如，钴基催化剂、铁基催化剂、钨基催化剂、木质素基催化剂、石墨烯基催化剂等不断涌现出来。
这些新型催化剂的研究，不仅可以实现成本的降低，也能够提高燃料电池的运行性能。
除了催化剂的研究外，燃料电池结构的优化也是燃料电池技术进一步研究和发展的一个重要方向。
为了提高燃料电池的性能和稳定性，科学家们正在研发新型燃料电池设计的构造及材料，这样可以改善氢化膜内的水汽、电液双重输运方式。
例如，金属杂化材料、薄膜材料及纳米材料等。
通过这些结构上的优化，可以进一步提高燃料电池的性能和效率。
在系统集成和控制技术的研究方面，随着对于燃料电池的了解越来越深入和生产技术的成熟，燃料电池的系统集成、控制和操作技术也得到了很大的发展。
目前，燃料电池技术与其他技术的发展，以及政策法规的促进，使得燃料电池已经成为能源领域不可忽视的一部分。
未来，随着燃料电池技术的不断研究和发展，其应用领域会更加广泛，回报会更加丰厚。
第28卷,总第162期2010年7月,第4期节能技术ENERGY CONSERVAT I O N TEC HNOLOGYV ol 28,Sum No 162Ju l 2010,No 4燃料电池研究进展及发展探析刘 洁,王菊香,邢志娜,李 伟(海军航空工程学院,山东 烟台 264001)摘 要:燃料电池是一种清洁、高效的能源利用方式。
发展燃料电池对于改善环境,实施能源可持续发展具有重要意义。
本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及优点,详细阐述了目前燃料电池的应用和研究进展。
指出随着电池材料的发展、制备技术的提高及生产成本的降低,燃料电池具有广阔的市场前景。
关键词:燃料电池;固体氧化物;氢燃料;商业化中图分类号:TM 911.4 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2010)04-0364-05The Investi gati on on R esearch Progress and D evelop m ent of Fuel C ellLIU Jie ,WANG Ju-x iang ,X ING Zhi-na ,LIW e i(Nava lAeronautical and Astronautica lU niversity ,Yan tai Shandong 264001,Ch i n a)Abst ract :As a ne w k i n d of ener gy utilization technology ,the fue l ce ll has advan tages o f clean and high effic i e ncy The deve l o p m ent of fuel cell is very i m portant to i m prove env ironm ent and carry out t h e ener gy sustainab le deve l o pm ent The w orking pri n c i p le ,classificati o n and advances of the fuel ce llw ere intro duced And the app lication and research pr ogress of fue l ce llw ere presented in detail W ith the deve l o p m ent o fm ateria,l the advance of m ak i n g techno l o gy and the reduction of producti o n cos,t the fue l cell possesses broad m ar ket pr ospectK ey w ords :fue l ce l;l so li d ox i d e ;hydrogen f u e;l co mm erc ial prog ress 收稿日期 2010-04-18 修订稿日期 2010-04-23作者简介:刘洁(1982~),女,硕士,助教,主要从事化工分离方面的教学和研究工作,能源是国民经济的动力,也是衡量综合国力和人民生活水平的重要指标。
随着世界范围内工业的高速发展,全世界对能源的需求日益增加。
另外,能源的使用以化石燃料为主,排放了大量CO 2、N 2O 及硫化物等污染物,造成了环境污染,严重危害人民健康。
因此,采用清洁、高效的能源利用方式,积极开发新能源,有利于国家和社会经济的可持续发展。
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,不受卡诺循环限制,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。
同时,随着燃料电池技术不断成熟,以及西气东输工程提供了充足天然气源,燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景。
1 燃料电池的工作原理和发展现状1.1 燃料电池的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!364!路。
燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。
燃料气在阳极上放出电子,电子经外电路传导到阴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、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1.2 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:按工作温度不同,可将燃料电池分为低温型(工作温度低于120∀)、中温型(工作温度120~260∀)、高温型(工作温度260~750∀)和超高温型(工作温度750~1200∀);按电解质种类可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC )、质子交换膜燃料电池(PE M FC )、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC )和固体氧化物燃料电池(SOFC )等;按燃料处理方式不同,可分为直接型、间接型和再生型。
本文按照第二种分类方法对燃料电池进行介绍。
1.3 燃料电池的优点燃料电池是一种直接将燃料的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,已被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术[1]。
燃料电池的优点:(1)发电效率高。
燃料电池发电不受卡诺循环的限制。
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%。
若实现热电联供,燃料的总利用率可高达80%以上。
(2)环境污染小。
燃料电池以天然气等富氢气体为燃料时,二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上,这对缓解地球的温室效应是十分重要的。
另外,由于燃料电池的燃料气在反应前必须脱硫,而且按电化学原理发电,没有高温燃烧过程,因此几乎不排放氮和硫的氧化物,减轻了对大气的污染。
(3)比能量高。
液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍,直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池(能量密度最高的充电电池)高10倍以上。
目前,燃料电池的实际比能量尽管只有理论值的10%,但仍比一般电池的实际比能量高很多。
(4)噪音低。
燃料电池结构简单,运动部件少,工作时噪声很低。
即使在11MW 级的燃料电池发电厂附近,所测得的噪音也低于55dB 。
(5)燃料范围广。
对于燃料电池而言,只要含有氢原子的物质都可以作为燃料,例如天然气、石油、煤炭等化石产物,或是沼气、酒精、甲醇等,因此燃料电池非常符合能源多样化的需求,可减缓主流能源的耗竭。
(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。
无论处于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行,它都能承受且效率变化不大。
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。
燃料电池电站的设计和制造相当方便。
1.4 燃料电池的应用和研究进展碱性燃料电池(AFC )是最早开发的燃料电池技术,在20世纪60年代就成功的应用于航天飞行领域。
磷酸型燃料电池(PAFC )也是第一代燃料电池技术,是目前最为成熟的应用技术,已经进入了商业化应用和批量生产。
由于其成本太高,目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。
熔融碳酸型燃料电池(M CFC)是第二代燃料电池技术,主要应用于设备发电。
固体氧化物燃料电池(SOFC )以其全固态结构、更高的能量效率和对煤气、天然气、混合气体等多种燃料气体广泛适应性等突出特点,发展最快,应用广泛,成为第三代燃料电池[2]。
目前正在开发的商用燃料电池还有质子交换膜燃料电池(PE M FC )。
它具有较高的能量效率和能量密度,体积重量小,冷启动时间短,运行安全可靠。
另外,由于使用的电解质膜为固态,可避免电解质腐蚀。
燃料电池技术的研究与开发已取得了重大进展,技术逐渐成熟,并在一定程度上实现了商业化。
作为21!365!世纪的高科技产品,燃料电池已应用于汽车工业、能源发电、船舶工业、航空航天、家用电源等行业,受到各国政府的重视。
下面主要介绍几种目前研究较热的燃料电池。
1.4.1 固体氧化物燃料电池(SOFC)固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全固态能量转换装置,具有一般燃料电池的结构。
固体氧化物燃料电池以致密的固体氧化物作电解质,在高温800~1000∀下操作,反应气体不直接接触[3],因此可以使用较高的压力以缩小反应器的体积而没有燃烧或爆炸的危险。
目前正在研制开发的新一代固体氧化物燃料电池,其特征是基于薄膜化制造技术,是典型的高温陶瓷膜电化学反应器,我们可称其为陶瓷膜燃料电池。
这种提法不同于燃料电池的一般命名法,更着眼于电解质材料和构型的设计。
我国已成功研制了中温(500~750∀)陶瓷膜燃料电池的关键材料,发展了多种薄膜化技术(流延法、丝网印刷法、悬浮粒子法、静电喷雾法、化学气相淀积法等),获得了厚度5~20 m的薄层固体电解质,比传统工艺制造的150~200 m电解质薄板减薄了一个数量级,单电池的输出功率达到了500~600mW/c m2。
燃料气除氢气以外,还可以直接以天然气、生物质气为原料。
最近,西门子-西屋公司已经完成了以天然气为燃料,内重整的100k W级管状电池的现场试验发电系统,试运行了4000h,电池输出功率达127k W,电效率为53%[4]。
随着对固体氧化物燃料电池基础研究的深入,其在各领域的应用也得到了开发。
在发展大型电站技术的同时,固体氧化物燃料电池还用于分布式电站和备用电源技术。
固体氧化物燃料电池可作为移动式电源,为大型车辆提供辅助动力源。
第一辆装有固体氧化物燃料电池辅助电源系统(AP U)的汽车,由巴伐利亚发动机公司与德尔福汽车系统公司合作推出,已于2001年2月16日在德国慕尼黑问世[6]。
固体氧化物燃料电池还可以作为轮船、舰艇用电源以及宇航等特殊用途的发电系统。
另外,利用固体氧化物燃料电池系统作为碳氢气体的重整装置以制备纯氢,再配合质子交换膜燃料电池的应用也将有着广阔的发展前景。
