燃料电池材料及其储能技术

燃料电池材料及其储能技术

姓名：李浩杰学号：2014050101018

摘要：出于对环境友好、高转换效率、高功率、高能量密度的能源技术的需求，世界各国纷纷开展对于性能优良的燃料电池的研究。其研究重点主要集中在四个方面：电解质膜、电极、燃料、系统结构。其中又以前三个为热点。目前，由于在燃料大规模制备上的困难以及其在工作时需要的一些昂贵的贵金属，燃料电池大规模商业应用受到一定限制。

关键字：燃料电池、电解质膜、储能

一、燃料电池原理

燃料电池是一种使用燃料进行化学反应产生电能的装臵。所用的燃料主要包括氢气、甲醇、乙醇、天然气、汽油以及一些含氢有机物。氢气可以直接作为燃料电池的燃料，其他气体一般需要处理为含氢气的重整气。由于其燃料来源广泛，发电后产生纯水和热，能量转换效率高达80%~90%，对环境无污染，所以广泛受到各国科学家的关注，被认为是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。

燃料电池的工作原理图如上所示。在阳极，氢气与碱中氢氧根的在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子：

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：

生成的氢氧根通过多孔石棉膜迁移到氢电极。

为保持电池连续工作，除需与电池消耗氢气、氧气等速地供应氢气和氧气外，还需连续、等速地从阳极（氢电极）排出电池反应生成的水，以维持电解液浓度的恒定；排除电池反应的废热以维持电池工作温度的恒定。

容易看出，与其他电池相比，燃料电池内部并不储能，它只是高效地将从外部源源不断

通入的燃料转换成电能，所以，它更像是一个微型的发电站。

二、燃料电池发展历程

1、国外

1839年，格罗夫发表世界上第一篇关于燃料电池的报告。初期的燃料电池使用气体为氧化剂和燃料，但因为气体在电解质溶液中溶解度很小，导致电池的工作电流密度极低。后来，多孔气体扩散电极和电化学反应三相界面概念的提出以及实际材料的突破，使燃料电池具备了走向实用化的必备条件。

60年代，由于载人航天器对于大功率、高比功率与高比能量电池的迫切需求，燃料电池开始引起一些国家与军工部门的高度重视。其典型成果为阿波罗登月飞船上的主电源—培根型中温氢氧燃料电池。

70~80 年代，由于出现世界性的能源危机和燃料电池在航天上成功应用及其高的能量转化效率，促使世界上以美国为首的发达国家大力支持民用燃料电池的开发，进而使磷酸型及熔融碳酸盐型燃料电池发展到兆瓦级试验电站的阶段。

20世纪90年代以来，出于可持续发展、保护地球、造福子孙后代等目的，基于质子交换膜的燃料电池开始高度发展。特别是在电动车行业，世界上所有的大汽车公司与石油公司均已介入燃料电池汽车的开发。

总的来说，燃料电池主要经历了经历了第1代碱性燃料电池（AFC），第2代磷酸燃料电池（PAFC），第3代熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）后，在20世纪80年代迅速发展起了新型固体氧化物燃料电池(SOFC)。

2、国内

中国燃料电池的研究始于1958年。

1970年前后,开始了燃料电池产品开发工作并在70年代形成了燃料电池产品的研制高潮。主要开发项目是由国家投资的航天用碱性氢氧燃料电池,该产品的研制目标是为了配合中国航天技术发展计划的一个项目。

到70年代末,由于总体计划的变更而中止。但与该项计划实施的同时,一些由地方政府投资与使用部门合作的应用碱性燃料电池项目也进行了开发，只是尚未形成应用。

80年代初、中期,中国燃料电池的研究及开发工作处于低潮。

进入90年代以来,在国外先进国家燃料电池技术取得巨大进展,一些产品已进入准商品化阶段的形势影响下,中国又一次掀起了燃料电池研究开发热潮。

三、几种燃料电池简介

1、分类

（1）按燃料电池的运行机理可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

（2）按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。在燃料电池中，磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池可以冷起动和快起动，可以作为移动电源，满足特殊情况的使用要求，更加具有竞争力。

（3）按燃料类型分，有氢气、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然气等气体燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有机液体燃料。有机液体燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。

（4）按燃料电池工作温度分，有低温型，工作温度低于200℃；中温型，工作温度为200～750℃；高温型，工作温度高于750℃。

上图为几种常见燃料电池各种性能，应用环境的简单对比，现主要以电解质分类形式介绍几种常见的燃料电池。

2、质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池是最接近商业化的一种燃料电池，最有希望作为未来电动汽车的发动机。在各种燃料电池中，它的工作温度是最低的，也是目前发展规模最大的一种。

上图为典型的单结质子交换膜燃料电池结构。由质子交换膜、催化层、气体扩散层、密封圈、双极板等关键部件组成。通常以全氟磺酸型质子交换膜为电解质膜，用Pt/C或者PtRu/C作为催化剂。以阴阳极催化剂层和电解质膜所组成的三合一组件统称为膜电极，是它的核心部件。

实际应用的燃料电池电站是一个很复杂的系统，它包括燃料供应、氧化剂供应、电池反应、水热管理等多个子系统。

它的工作原理是是氢气和氧化剂分别由燃料电池的阳极和阴极流道进入电池内部，经过气体扩散层后到达电极催化层。阳极侧的氢气在催化剂的作用下，解离成氢离子和电子，氢离子穿过质子交换膜到达阴极侧，电子则经过外电路形成电流后到达阴极；在阴极催化剂的作用下，氧气接受质子和电子生成水分子，在整个过程中，外电路的电子流动形成电流。

目前限制质子交换膜燃料电池进入商业化的最主要原因是成本和寿命两大问题，寻找和开发新型材料成为解决这两大问题、推进商业化进程的必然选择，也是质子交换膜燃料电池近些年来的研究重点和热点。

3、熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）在高温下工作（约650℃），可以利用排气余热和燃气轮机混合发电，发电效率通常高达50%以上，,可用多种燃料(如天然气和煤)，不需要用铂

等贵重金属作为催化剂，有望应用到中心电站，工业化或商业化联合发电，是目前燃料电池研究的主流之一，

上图为平板式熔融碳酸盐燃料电池单体结构示意。它由电极-电解质、燃料流通道、氧化剂流通道和上下隔板组成。目前,MCFC的主要技术问题已经基本解决。美国、日本等正在进行十万瓦和兆瓦级的实用演示试验,预计距商业化为期不远。

4、固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池是20世纪八九十年代燃料电池研究的成果，该燃料电池具有诸多优点。比如避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电解质流失等问题，反应迅速，无须贵金属催化剂，能量利用率高达80%以上，燃料广泛，可以承受较高浓度的硫化物和CO的毒害，因此对电极的要求大大降低。基于此，目前世界各国都在积极投入SOFC技术的研发。

上图为固体氧化物燃料电池的工作原理图。它主要由阴极、阳极、电解质和连接材料组成。在阳极和阴极分别送入还原、氧化气体后，氧气在多孔的阴极上发生还原反应，生成氧负离子。氧负离子在电解质中通过氧离子空位和氧离子之间的换位跃迁达到阳极，然后与燃料反应，生成水和二氧化碳，因而形成了带电离子的定向流动。

四、燃料电池的应用

1、航天领域

早在上个世纪60年代，燃料电池就成功地应用于航天技术，这种轻质、高效的动力源一直是美国航天技术的首选。比如，以燃料电池为动力的Gemini宇宙飞船1965年研制成功，采用的是聚苯乙烯磺酸膜，完成了8天的飞行。后来在Apollo宇宙飞船采用了碱性电解质燃料电池，从此开启了燃料电池航天应用的新纪元。

中国科学院大连化学物理研究所早在70年代就成功研制了以航天应用为背景的碱性燃料电池系统。A型额定功率为500 W，B型额定功率为300 W，燃料分别采用氢气和肼在线分解氢，整个系统均经过环境模拟实验，接近实际应用。这一航天用燃料电池研制成果为

我国此后燃料电池在航天领域应用奠定了一定的技术基础。

2、潜艇

燃料电池作为潜艇AIP动力源，从2002年第一艘燃料电池AIP潜艇下水至今已经有6艘在役。FC-AIP 潜艇具有续航时间长、安静、隐蔽性好等优点，通常柴油机驱动的潜艇水下一次潜航时间仅为2天，而FC-AIP潜艇一次潜航时间可达3周。

3、电动汽车

随着汽车保有量的增加，传统燃油内燃机汽车造成的环境污染日益加剧，同时，也面临着对石油的依存度日益增加的严重问题．燃料电池作为汽车动力源是解决因汽车而产生的环境、能源问题的可行方案之一。燃料电池汽车示范在国内外不断兴起，较著名的是欧洲城市清洁交通示范项目。

4、固定式分散电站

污染重、能效低一直是困扰火力发电的核心问题，燃料电池作为低碳、减排的清洁发电技术，受到国内外的普遍重视。比如PAFC电站的代表性开发商UTC Power 公司已经开发出了400 k W 磷酸燃料电池发电系统；PEMFC电站的代表性开发商Ballard 公司开发出了250 k W ～1 MW的示范电站。

十大领域产业技术创新链、20条工业新兴优势

附件1 十大领域产业技术创新链、20条工业新兴优势 产业链等优先征集领域 一、十大领域产业技术创新链 1、高端装备制造技术 ——高端工程机械装备、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、先进矿山及冶金装备、智能制造装备、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶。 2、新材料技术 ——先进储能材料、先进复合材料、金属新材料、硬质合金材料、化工新材料、超硬材料、特种无机非金属材料、纳米材料、增材制造材料。 3、新一代信息技术 ——集成电路、大数据云计算、物联网、北斗导航、移动互联网、智能硬件及配套。 4、新能源与智能电网技术 ——风电产业、光伏产业、生物质能、智能电网。 5、现代农业（现代种业）技术； ——粮食油料、畜禽水产、蔬菜果茶、现代林业、农产品加工、农机装备、绿色农资、农产品质量安全、“互联网+农业”。

6、人口健康技术 ——现代中药、精准医疗、化学药、生物制品、制药装备、医疗器械、健康服务产业。 7、资源利用与环保技术 ——矿产资源利用、“城市矿产”开发利用、环保装备制造与服务业、生态环境监测与污染治理。 8、文化创意技术 ——数字媒体、虚拟现实、数字出版、文化旅游、创意设计。 9、公共安全与应急技术 ——灾害事故应急救援、消防安全装备、烟花爆竹安全、公共与社会安全保障产品。 10、现代服务业技术。 生产性服务业、科技服务业。 二、20条工业新兴优势产业链 1、先进轨道交通装备（含磁浮）产业链； 2、工程机械产业链； 3、新型轻合金产业链； 4、化工新材料产业链； 5、碳基材料产业链； 6、显示功能材料产业链； 7、先进陶瓷材料产业链； 8、先进硬质材料产业链；

燃料电池催化材料的进展

燃料电池的研究1 应用物理学-2014051413-周泽鑫 燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能清洁高效地直接转化为 电能的发电装置。燃料电池的种类有碱性氢氧燃料电池，质子交换膜型燃料电池，碳酸盐型磷酸盐型燃料电池，固体氧化物燃料电池等。燃料电池具有清洁 高效等特点，但传统的燃料电池的效率远远不够使燃料电池广泛使用。本文主 要介绍近几年对提高燃料电池效率的方法。 质子交换膜电池PEMFC一种以离子交换膜为电解质，以Pt/C为氧化剂， 以氢气等作为燃料的高效清洁的燃料电池。单PEMFC的电极材料Pt较为昂贵，难以普及，因此需要寻求更加廉价的材料作为电极催化剂。主要是对Pt进行 其他材料的掺杂和寻找非Pt材料。 质子交换膜以Pt为催化材料，而Pt表面极易吸收Co，使电催化剂Pt中 毒失活，从而导致电池效率大幅下降，在对新型电催化材料的研究中，需要使 催化材料具有抗Co中毒特性。 1.Pt的掺杂 实验表明，对Pt进行非pt材料的掺杂在一定程度上可以提高燃料电池的 效率。Fe掺杂的实验表明，Fe的加入能提高催化剂的电催化性能，Pt-Fe催化 剂比一般Pt催化剂具有更小的晶格参数，Pt-Fe的形态为合金不排除表明存在 部分氧化态【1】。将超级电容器材料聚苯胺引入电极催化剂中，聚苯胺在催化剂 中具有在瞬间电流负载时缓冲电池电压和电池大电流放电时平稳电压的作用。 实验中，通过掺杂10%聚苯胺的催化剂与未掺杂的Pt催化剂进行对比，发现掺 杂后的还原电流明显高于未掺杂的Pt催化材料。当掺杂量达到30%时，催化效 率开始下降，说明聚苯胺掺杂量过高是会影响催化效率【2】。催化效率的下降可 能为当聚苯胺的掺杂量过高时，聚苯胺会将催化材料Pt覆盖，影响对气体燃 料的吸附。另外，聚苯胺对于减缓催化剂载体的腐蚀有积极作用。在Mo的掺 1第7期燃料电池催化材料的进展

新型固体燃料电池

新型固体燃料电池 香山科学会议第97次学术讨论会于1998年6月14日一17日在北京香山举行。会议主题为“新型固体燃料电池”。王佛松院士、W．Weppner(德国，基尔大学)教授、陈立泉研究员、孟广耀教授担任本次会议的执行主席。来自美国、日本、欧洲的8名专家学者和30余名中国专家学者参加了本次会议。 这次会议是在总结介绍国内外先进燃料电池领域的现况、存在问题和发展前景的基础上，从社会可持续发展对绿色能源的迫切要求出发，侧重于对新型固体燃料电池研究开发中的新进展、新概念、新见解的交流和讨论。 一、2l世纪的绿色能源和最佳发电系统 中国科技大学孟广耀教授作了题为“新型固体燃料电池—21世纪的绿色能源”的综述报告。他认为，一个适于所有化石燃料和其它生物质或可持续能源的绿色能源路线，是集汽化联合循环、无机膜反应器和陶瓷膜过滤器以及燃料电池为一体，发展新型固体氧化物燃料电池。这种新型燃料电池是采用新型固体电解质，通过新颖的软化学制造路线实现薄膜化和整个结构优化的，可以在中、高温中操作，通过全面深入的基础研究可达到高效率、低成本，从而实现人类绿色能源的理想。 孟广耀指出，燃料电池是一类高能量转换效率的洁净、安全和方便的能源系统，实际上也是一类包括燃料重整和转换以及电化学反应过程等在内的无机膜

反应器。孟广耀综合分析了国际上固体燃料的研究现状和发展思路，认为SOFC 是采用离子导体陶瓷为电解质的高温燃料电池。与传统的燃煤燃气发电技术和其它燃料电池比较，SOFC有许多优点，SOFC被认为是最适合应用于电站系统的先进燃料电池技术。他还归纳了SOFC目前所遇到的主要困难，并特别强调了制作中的软化学路线问题。 中国科学院上海硅酸盐所严东生院士和温廷琏研究员分别作了题为“燃料电池特别是固体燃料电池的回顾和展望”、“中国燃料电池的研究与开发”的评述报告。严东生概要地介绍了碳酸盐燃料电池及以固体氧化物燃料电池和聚合物电解质燃料电池为代表的新型固体燃料电池，分析了它们的发展现状、各自具有的优点及存在的不足之处，以及今后的发展趋势。温廷琏专门介绍了碱金属燃料电池(AFC)、高聚物电解质膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)等四种电池在中国有关机构和工业界的研究与开发情况，同时指出，与美国、日本、欧洲等尚有很大距离，但发展燃料电池已成为国家政策，预期可有长足进步。 来自美国A11ied Singnal公司的国际著名燃料电池专家N．Q．Minh博士在对PEMFC和SOFC这两类电池的关键特性、关键技术以及它们的发展趋势进行讨论之后认为，PEMFC和SOFC是目前发展中的两类主要的固体燃料电池技术，在发电应用(电站系统)方面具有广泛的适用性。瑞士联邦能源办公室燃料电池项目负责人Leo Dubal博士作了“瑞士研究开发固体燃料电池l0年之经验教训”的报告。他从项目管理的角度展示了技术成就，概述了所获得的最重要的经验教训。瑞典皇家工学院朱斌研究员在对比分析传统高温SOFC与中温

储能技术应用和发展前景

储能是智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微电网以及电动汽车发展必不可少的支撑技术，可以有效地实现需求侧管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，可以提高电力设备运行效率、降低供电成本，还可以作为促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。智能电网的构建促进储能技术升级、推动储能需求尤其是大规模储能需求的快速增长，从而带来相应的投资机会。 随着储能技术的大量应用必将在传统的电力系统设计、规划、调度、控制方面带来变革。储能技术关系到国计民生，具有越来越重要的经济价值和社会价值，目前储能在中国的发展刚刚起步。国家应该尽快研究储能技术的相关产业标准，加强储能技术基础研究的投入，切实鼓励技术创新，掌握自主知识产权；从规模储能技术发展起始阶段就重视环境因素，防治环境污染；充分发挥储能在节能减排方面的作用，把对新能源的鼓励政策延伸到储能环节。 近年来，我国电网峰谷差逐年增大，多数电网的高峰负荷增长幅度在10%左右，甚至更高。而低谷负荷的增长幅度则维持在5%甚至更低。峰谷差的增加幅度大于负荷的增长幅度，在电网中引入储能系统成为了实现电网调峰的迫切需求。 储能技术拥有广泛的应用前景，但实现规模化储能当前仍是一个世界性难题。目前，我国约有40个储能示范项目，而规模在1000千瓦级的项目为数不多。这些储能项目多起到示范、探索性作用，并不具备产业化意义。 储能产业的发展机遇

由于我国的能源中心和电力负荷中心距离跨度大，电力系统一直遵循着大电网、大电机的发展方向，按照集中输配电模式运行，随着可再生能源发电的飞速发展和社会对电能质量要求的不断提高，储能技术应用前景广阔。储能技术主要的应用方向有：风力发电与光伏发电互补系统组成的局域网，用于偏远地区供电、工厂及办公楼供电；通信系统中作为不间断电源和应急电能系统；风力发电和光伏发电系统的并网电能质量调整；作为大规模电力存储和负荷调峰手段；电动汽车储能装置；作为国家重要部门的大型后备电源等。随着储能技术的不断进步，安全性好、效率高、清洁环保、寿命长、成本低、能量密度大的储能技术将不断涌现，必将带动整个电力行业产业链的快速发展，创造巨大的经济效益和社会效益。 国家电网公司近期确定的智能电网重点投资领域中包括了大量储能应用领域，如发电领域的风力发电和光伏发电中应用储能技术项目，配电领域储能技术，电动汽车充放电技术等。无论是风电还是太阳能发电，其自身都具有随机性和间歇性特征，其装机容量的快速增长必对电网调峰和系统安全带来不利影响，所以，必须要有可靠的储能技术作为支撑和缓冲。先进储能技术能够在很大程度上解决新能源发电的波动性问题，使风电及太阳能发电大规模的安全并入电网。 并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏电池的直流电能转换成交流电能并传输到电网上，在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用。并网逆变器性能对于系统的效率、可靠性，系统的寿命及降低光伏发电成本至关重要。 储能技术发展有利于推进风电就地消纳，在当前产业梯度转移的大背景下，可考虑在大型风电基地附近布局供热、高耗能产业，同时加快建立风电场与这些大电力用户和电力系统的协调运行机制。国家电网近期确定的智能电网重点投资

储能材料制备

在许多能源利用系统中(如太阳能系统!建筑物空调和 采暖系统!冷热电联产系统!余热废热利用系统等)存在着供能和耗能之间的不协调性,从而造成了能量利 用的不合理性和大量浪费"热能储存技术是解决这些问题的有效途径之一,它是利用物理热的形式将暂时不用的余热或低品位热量储存于适当的介质中,在需要使用时再通过一定的方法将其释放出来,从而解决了由于时间!空间或强度上热能供给和需求间不匹配与不均匀性所导致的能源利用率低的问题,最大限度地利用加热过程中的热能或余热,提高整个加热系统的热效率" 热能储存技术的核心和基础是储能材料"储能材料是利用物质发生物理或化 学变化来储存能量的功能性材料,它所储存的能量是广泛的,可以是电能!机械 能!化学能和热能,也可以是其它形式的能量"用于热能储存的储能材料是一种 非常重要且应用较为广泛的能源材料,它主要包括 显热式:如陶瓷蜂窝体!蓄热球!砂石!水等 相变式 固一固相变材料:如多元醇!HDPE!层状钙钦矿等 固一液相变材料:如水合盐!无机盐!金属及合金!石蜡等 固一气相变材料:如干冰 液一气相变材料:如水蒸气 化学反应式:如无机盐一HZO!无机氢化物等 复合式 纤维织物:如石蜡/纤维织物 有机/无机类:如硬脂酸/高密度聚乙烯!石蜡/混凝土 无机/无机类:如无机盐/陶瓷基!水合盐/混凝土

显热储能是通过加热介质，使其温度升高而储存能量,它也叫“热容式储能”。潜热储能是利用储热介质被加热到相变温度时吸收大量相变潜热而储存能量，它也叫“相变式储能”。化学反应储能实际上就是利用储能材料相接触时发生可逆化学反应，而通过热能与化学能的转换储存能量的，它在受冷和受热时可发生两个方向的反应，分别对外吸热或放热，这样就可把能量储存起来。复合储能材料是由相变材料和载体基质组成,在使用过程中同时利用显热和潜热,它综合了显热材料和相变材料的优点,克服了二者的缺点"人们对复合储能材料的认识和研究是近十几年的事情,但由于它应用十分广泛,已日益成为受人们重视的新材料。 显热储能材料使用简单安全,寿命较长,且成本很低,但其存在储热密度小和蓄(释)热不能恒温等缺点" 相变材料与显热储能材料相比,它的储能密度至少高出一个数量级,能够通 过相变在恒温条件下吸收或释放大量的热能,它也储存显热,但因温度变化小, 这部分显热与相变潜热相比是很小的"相变材料有固一液相变!液一气相变!固- 气相变和固一固相变材料四大类,但是由于液一气和固一气相变过程中有大量气体 产生,体积变化很大,对容器的要求很高,故在实际中很少应用"固一液和固一固 相变材料是目前研究最多!最广,也是最成熟的两大类储能材料" 固一液相变材料 1、水合盐它的使用温度一般在100C以下，无机水合盐具有较高的潜热和较大的体积蓄热密度! 固定的熔点(实际是结晶水脱出的温度,脱出结晶水使盐溶解而吸热,降温时发 生逆过程吸收结晶水放热)!良好的导热性能!无毒性,且大多是化工副产品,价 廉易得"缺点是过冷度大!易发生晶液分离和热性能的严重衰减等"解决过冷度 的方法主要有:加微粒结构与盐类结晶物类似的成核剂!搅拌法!冷指法等;解 决晶液分离的方法有:搅拌法!浅盘容器法!增稠(悬浮)剂法!额外水法等" .2、无机盐这是一类使用温度较高的相变材料,从100摄氏度到1000摄氏度 以上,其相变潜热很高,特别是Li!Na!K等第一主族元素的化合物,潜热最高 可超过1000kJk/g,但是铿盐的价格很昂贵"具有高性价比的无机盐 有Nael!NaF!KCI!NaZCo3!NaZsO4等"另外,可以根据需要将各种无机盐配 制成混合盐或共晶盐,得到所需温度的高储能密度相变材料"无机盐固一液相变 材料(如:LIF!NaF)目前己经在空间太阳能热动力发电系统中应用"

燃料电池综述

燃料电池汽车综述 摘要：随着能源供应的制约及环境压力不断显现，对人类未来主导能源的争论和研究不断深入。氢经济不但在能源和环境方面带来革命性改变，也对传统的汽车基本构造和技术打开了新的思路。 燃料电池汽车采用氢气作为燃料，利用氢气和氧气的化学反应产生电能作动力，因而被誉为“绿色汽车”。燃料电池的广泛应用有助于节约燃料以及减少大气污染，被称为是未来汽车发展的方向。 本文围绕现代汽车面临的能源危机、环境危机等问题对氢动力燃料电池汽车的产业背景、发展状况、工业影响进行了全面的分析，以及对其基本知识进行了论述。主要对以氢作为汽车燃料的动力性、经济性进行了讨论；对氢的相关知识进行了解说以及对氢燃料电池的构造原理以及优缺点进行了论述；对燃料电池汽车的构造原理、关键技术、安全系统等进行了概述，并综合分析了氢燃料电池汽车的产业前景和国内外发展状况；最后，对氢燃料电池汽车的发展进行了总结和展望。 关键词：燃料电池汽车；燃料电池；应用 1简介 汽车是石油资源的主要消耗源，也是造成城市空气污染的主要原因。化石燃料总有一天会枯竭，只有开发替代能源汽车是唯一的出路，目前正在发展中的新能源汽车主要有纯电动车、油一电混合动力汽车、替代燃料内燃发动机汽车、氢燃料电池电动车几类。纯电动车采用动力蓄电池作为汽车动力源，动力蓄电池主要有铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池等几类。油一电混合动力汽车是内燃机汽车向电动汽车过渡中的一个合理选择，此过渡过程经预测可能需要20年以上。替代燃料内燃发动机汽车使用的天然气、柴油(包括液化柴油和煤液化柴油)、甲醇、二甲醚等替代燃料，仍属于不可再生的化石能源，无法彻底解决内燃发动机

中南大学选修课选课篇

中南大学选修课小贴士 新生到了第九周，自然要面对选修课的选择。根据历年的经验，选修课的高分率一直是大家密切关注的话题，下面的一些具体分析希望对大家有帮助。 经济管理类 1-01 现代管理基础 石英老师的课比较麻烦，交手写论文，老师还是挺不错的，她的课上能有挺大的收获。 1-02 传统文化与管理智慧 课比较水，老师讲诸子百家，最后考试百度一篇相关文章交上去就过了老师讲得很好而且从不点名只是画勾签到，不下课提前很早就放学。上过的同学说考试架势很足，分2个教室考，三个老师监考，不过考的内容文科生很好答，与传统文化相关，都是上课讲的东西，比如“中庸”是什么之类的，分数不定. 1-03 西方经济学概论 考试就是解释一些名词概念，挺简单的，带一本经济学的书或者偷着用手机就搞定了。但是上课要查人、写作业、签到。 内容相当丰富（12周），微观宏观都有，偶尔点名，就是钟美瑞老师口音过重，很难听懂，非本地人建议不选。成绩89 1-04 宏观经济学 据说考题十年没变过了。 1-05 微观经济学 老师上课有激情，考试交论文。

1-06 证券投资理论与实务 交论文，其他的不清楚了。 1-07 基础经济学 上课满满四节课，每次点名。考试的内容，我当时的老师在考试前一节课有提及。最后是一个很客观的分数。 1-08 技术经济学 每次课都要交作业，会点名，期末考试都是平时讲过的内容，考试时要检查学生卡，分两教室排座位。 不建议选，点名，交作业，最后考试，分数普遍不高 1-09 金融学 老师很认真,考试很严。 老师好认真，每次都点名。不过最后考试很水，都要带电脑过去的。题目都是上课ppt里有的 1-10 市场营销 至少要来上三节课：第一节课观察行情，倒数第二节课听取考试要求，最后一节课考试。老师讲的很好。有课堂作业，分给得高。 1-11 经贸谈判 【缺】 1-12 创业学 平时不点名，不用考试的，老师讲课不怎么样。 1-13 人力资源管理

燃料电池的基本工作原理及主要用途

简述燃料电池的基本工作原理及主要用途 1.燃料电池的工作原理 燃料电池是一种按电化学原理，即原电池的工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的能量转换装置。其单体电池是由电池的正极(即氧化剂发生还原反应的阴极)、负极(即还原剂或燃料发生氧化反应的阳极)和电解质构成，燃料电池与常规电池的不同之处在于，它的燃料和氧化剂不是贮存在电池内，而是贮存在电池外部的贮罐内，不受电池容量的限制，工作时燃料和氧化剂连续不断地输入电池内部，并同时排放出反应产物。 以磷酸型燃料电池为例，其反应式为： 燃料极(阳极) H2→2H++2e- 空气极(阴极) 1／2O2+2H++2e-→H2O 综合反应式H2+1／2O2→H2O 以上反应式表示：燃料电池工作时向负极供给燃料(氢)，向正极供给氧化剂(空气)，燃料(氢)在阳极被分解成带正电的氢离子(H+)和带负电的电子(e-)，氢离子(H+)在电解质中移动与空气极侧提供的O2发生反应，而电子(e-)通过外部的负荷电路返回到空气极侧参与反应，连续的反应促成了电子(e-)连续地流动，形成直流电，这就是燃料电池的发电过程，也是电解反应的逆过程。 2. 燃料电池的应用 2.1能源发电 燃料电池电站的每一套设备都包括了一整套采用天然气发电的电力系统。分为以下几个分单元：①燃料电池组②燃气制备③空气压缩机④水再生利用⑤逆变器⑥测量与控制系统。燃料电池组产生的直流电通过逆变器转换成电力系统所需的交流电。各国工业界人士普遍对于燃料电池在发电站的应用前景看好。 2.2汽车动力 目前，各国的汽车时用量均在不断增加，其排放的尾气已成为城市环境的主要污染源之一，特别是发展中国家，由于环境治理的力度不够，这一问题更加突出。于是人们要求开发新型的清洁、高效的能源来解决这一问题。质子交换膜燃料电池的出现，解决了燃料电池在汽车动力成本和技术方面存在的若干问题，使燃料电池电动车的开发和使用成为可能。这种电池具有室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等特点，适合做汽车动力，是目前世界各国积极开发的运输用燃料电池。 2.3家庭用能源 天然气作为一种洁净的能源已经在家庭中被广泛使用，但其主要被用于炊事和生活热水，以天然气为燃料的燃气电池在家庭中的广泛应用在开辟了天然气在家庭中一种新的用途的同时也将解决目前高峰用电紧张的状况。家庭的一切用电无论是电视机、冰箱、空调等家用电气还是电脑等办公设备都可以通过燃料电池来提供电源，作为家庭使用的分散电源，并可同时提供家庭用热水和采暖，这样可将天然气的能量利用率提高到70％～90％。 2.4其它方面的应用 碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池运行时基本没有红外辐射，而且噪音小，用做潜艇动力，可大大提高其隐蔽性；同时由于它们可在常温下启动工作，且能量密度高，还是理想的航天器工作电源。此外，质子交换膜燃料电池还可用作野外便携式电源。 总之，燃料电池的用途将越来越广泛，它将遍布我们身边的每个角落，成为我们生活中不可缺少的能量来源。

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

储能技术研究进展

储能技术研究进展 能源短缺和环境恶化是全球性问题，开发可再生能源，实现能源优化配置， 发展低碳经济，是世界各国的共同选择。但是，可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控性。需要开发配套的电能储存装置，来保证发电、供电的连续性和稳定性。国外有关研究表明，如果风电装机占装机总量的比例在10%以内，依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段基本可以保证电网安全。但如果所占比例达到20%甚至更高，电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及太阳能发电方便可靠地并人常规电网。 现有的储能技术主要包括物理储能、电化学储能、电磁储能、氢储能、相变 储能和热化学储能等类型。其中，物理储能、电化学储能、电磁储能和氢储能主 要储存电能，物理储能包括抽水储能、压缩空气储能级飞轮储能等；电化学储能包括铅酸、锂离子、镍镉、液流和钠硫等电池储能；电磁储能包括超导储能和超 级电容储能；为了实现氢储能完整的转换链，就要从氢气的制取、储存、发电等 方面整体规划，在关键技术上进一步突破。而相变储能和热化学储能主要储存热能或由电能转化的热能，相变储能按材料的组成成分可分为无机类、有机类（包括高分子类）以及复合类储能材料；热化学储能基于热化学反应，而热化学反应体系主要包括金属氢化物体系、氧化还原体系、有机体系、无机氢氧化物体系以及氨分解体系。 1. 物理储能 物理储能一般用于大规模储能领域，主要包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等，其中抽水储能是主要的储能方式。物理储能是利用天然的资源来实现的一种储能方式，因此更加环保、绿色，而且具有规模大、循环奉命长和运行费 用低等优点。缺点是建设局限性较大，其储能实施的地理条件和场地有特殊要求。而且因为其一次性投资较高，一般不适用于小规模且较小功率的离网发电系统。1.1 抽水储能 目前在电力系统中应用最广泛的一种物理储能技术，即为抽水储能。它是一种间接的储能方式，用来解决电网高峰与低谷之间的供需矛盾。水库中的水被下半夜过剩的电力驱动水从下水库抽到上水库储存起来，然后在第二天白天和前半夜将水闸打开，放出的水用来发电，并流入到下水库。即使在转化间会有一部分能量因此而流失，但在低谷时压荷、停机等情况下，使用抽水储能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而来得便宜，具有更佳的效果。除此以外，抽水

燃料电池汽车

燃料电池汽车 摘要：随着人类社会的发展，特别是英国完成工业革命后，人类对能源的需求也在不断地增加，然而不可再生能源在渐渐的减少，但是同时新能源的也随之诞生了，利于替代旧的能源的消耗，部分新能源必须具有环保性去大力发展，才能更好的为社会做奉献。其中氢能作为一种新的能源被人类所发现且已经被运用在汽车上，并在不断的推广。 关键词：燃料电池汽车;发展现状;关键技术;优点;存在问题 一、燃料电池汽车的概念 燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆其最大特点是能量转换效率高，可达到60 ％以上；另外，它还具有燃料多样性、排气清洁、噪声低、对环境污染小、可靠性及维修性好等优点。因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。 二、燃料电池汽车的发展现状 （1）国外燃料电池汽车的发展现状 长期以来，世界各国政府和主要汽车集团都高度重视燃料电池汽车的研究，投入大量的资金用于燃料电池汽车及氢能研发、试验考核和市场培训。继在第六框架计划中拿出大量资金用于燃料电池汽车和氢能研究，2009年，欧盟批准燃料电池和氢能技术项目行动计划，计划从欧盟第七框架计划中拿出4.7亿欧元，持续资助燃料电池汽车及基础设施技术研发。此外，日本、美国、加拿大、韩国、澳大利亚、巴西、法国和英国等国家政府积极支持燃料电池汽车和氢能研发。 经过长时间、持续稳步的支持，国外燃料电池汽车产品的可靠性、环境适应性(如低温启动性能)取得了重大突破，示范运行不断深入，并陆续推出用于租赁商业化示范的先进燃料电池汽车，燃料电池汽车进入技术与市场示范阶段。产品成本控制与配套基础设施建设成为制约燃料电池汽车商业化推广主要因素。 （2）国内燃料电池汽车的发展现状 在国家“十五”“863”计划电动汽车关键技术重大科技专项和“十一五”节能与新能源汽车重大项目支持下，我国燃料电池汽车技术研发取得重要进展，基本掌握了整车、动力

先进储能材料发展趋势研究

先进储能材料发展趋势研究 当前，全球能源应用进入到了关键环节，如何借助先进的技术实现能源节约，保障材料储能，是能源资源开发利用的重点任务。储能材料是储能技术下产生的节能型材料。基于此，在文章中对先进储能材料的国际、国内发展趋势进行分析，研究我国储能材料发展进程所面临的问题，并且从他国储能技术发展经验中寻得启示。 标签：储能材料；发展趋势；研究 前言 储能材料的应用是当前以及未来能源发展的重点，在新能源、智能电网、电动汽车三大新型产业中都应用了储能材料。目前，我国的储能技术发展相对落后，但是很多国家都将大规模储能技术定位为支撑新能源发展的战略性技术。在此背景下，国际上先进国家的储能技术发展迅速。同时，伴随着新能源发展迅速，对于储能技术的应用，以及储能产业的壮大具有较为现实的需求。 1 储能材料产业发展趋势 1.1 国际发展趋势 在国际储能产业发展中，将电池作为储能载体。当前，市场上已经有的电池类型较多，如，铅酸电池、锂电子电池、钠硫电池等。然而从商业角度上分析，储能电池尚未实现商业化发展。在欧洲很多国家中，都开始认识到了发展储能产业的重要性，在商业法规法案中将储能技术的研发放在核心位置，并且实现了政府部门的经济政策支持。在关于欧盟所定制的能源技术战略规划中，明确指出：对各种储能技术以及未来储能前景成本、成熟度进行评定。确立新能源存储解决方案，借用评估使用储能技术示范项目。在欧洲很多国家中为了提升储能系统收益，实行财政补贴支持和峰谷电价电机制度。此外，如西班牙等国家采用政策干预，强行应用储能技术，促进国家新能源产业稳定发展[1]。 1.2 国内发展趋势 储能技术以及储能产业在国外的盛行，推动了我国新能源产业的研发与发展。但是由于我国研究储能技术起步时间比较晚，与国际上很多先进国家相比，在储能技术与储能材料开发上还存在着一定的差距。而出现这样的问题，一方面与储能技术的复杂性有关系，在我国缺乏先进的储能技术应用人才。另一方面，从储能材料的成本投入上分析，储能材料成本较高。从广义上分析，我国储能市场上还未建立起相关产业链。从国家政策层面进行分析，对于储能方面的投入存在着巨大的不足。从短期的发展角度上分析下，储能材料自身尚未有完美的答案。如从电网的调度和储能方面进行分析，存在着较为严重的产能和储能问题[2]。

相变储能材料和相变储能技术

相变储能材料及其应用 物质从一种状态变到另一种状态叫物质的存在通常认为有三态，(3)(2)液—汽相变；相变。相变的形式有以下四种：(1)固—液相变；固相变。相变过程个伴有能量的吸收或释放，我们就）固-固—汽（4利用相变材料来存可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，储能量。比如用冰贮冷，冬天，在寒冷的地区，人们从湖面、河面冻结的厚冰层中获取冰块，贮存于“冰屋”中，利月锯末隔热、冰块可存放到夏季结束。这是冰块就可以起到现在冰箱的效果了。储能想变成材料一般而言，储热相变材料可以这么进行分类结晶水合盐（如 NaSO?10HO）22 4熔融盐 无机物金属（包括合金）其他无机类相变材料（如水） 石蜡 相变材料酯酸类有机物 其他有机 有机类与无机类相变材料的混合混合类

下面我们对相变储能材料进行逐一分析：液相变材料：-、固1．（1）结晶水合盐：结晶水合盐种类繁多，其熔点也从几度到几百度可供选择，其通式可以表达为AB?nHO。结晶水合盐通常是中、低2 温贮能相变材料中重要的一类，其特点是：使用范围广，价格较便宜、导热系数较大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度较大、体积贮热密度较大、一般呈中性。但此类相变材料通常存在过冷和析出两大问题。所谓过冷是指当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而须冷却到“凝固点”以下一定温度时方开始结晶；而析出现象指在加热过程中，结晶水融化，此时盐溶解在水中形成溶液。结晶水合盐的代表有芒硝、六水氯化钙、六水氯化镁、镁硝石等 （2）石蜡：石蜡主要由直链院烃混合而成，可用通式CHn表2n+2示，短链烷烃熔点较低，但链增长熔点开始增长较快，而后逐渐减慢。随着链的增长，烷烃的熔解热也增大，由于空间的影响，奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同，偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热，链更长时熔解热趋于相等。在CH以上的奇数烷烃和在CH以上的4472016偶数烷烃在7℃一22℃范围内会产生两次相变： （1）低温的固-固转变，它是链围绕长轴旋转形成的； （2）高温的固-液相变，总潜热接近溶解热，它被看作贮热中可利用的热能。 这样就会使石蜡具有较高的相变潜热。 石蜡作为贮热相变材料的优点是：无过冷及析出现象，性能稳定，无毒，无腐浊性，价格便宜。缺点是导热系数小，密度小，单位体积贮

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

新材料的研究及其开发(doc 6页)

新材料的研究及其开发(doc 6页)

第六章第二节新材料的研究与开发 半导体材料 光电子材料 ●能源功能材料 超导材料 磁性材料 贮能材料 燃料电池 ●纳米材料科学技术 但不同档次的硅芯片在21世纪仍大量存在，并将有所发展。 * 在绝缘衬底上的硅（SOI，SiOn Insulator) :功能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。SOI器件用于便携式通信系统，既耐高温又 抗辐照。 * 集成系统（IS，Integrated System)：在单个芯片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到器件设计于一个芯片 (System on a Chip)。 * 集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延技 术（VPE，LPE，MOCVD 及 MBE）的发展，同时对硅单晶的要求也愈来愈 高。表1为集成电路的发展对材料质量的要求。 表1 集成电路发展对材料质量的要求 (2)第二代半导体材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物 GaAs 电子迁移率是Si的6倍（高速），禁带宽（高温）广泛用于高速、高频、大功率、低噪音、耐高温、抗辐射器件。 GaAs用于集成电路其处理容量大100倍，能力强10倍，抗辐射能力强2个量级，是携带电话的主要材料。InP 的性能比 GaAs 性能更优越，用于光 纤通讯、微波、毫米波器件。 （3）第三代半导体材料是禁带更宽的SiC、GaN及金刚石。 （4）下一代集成电路的探索 光集成 原子操纵 光电子材料 21世纪光电子材料将得到更大发展 电子质量：10-31 Kg / 电子 电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高速、

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类社会赖以生存的重点问题。近20 年以来，燃料电池这种高效、洁净的能量 转化装置得到了各国政府、开发商及研究机构的普遍重视。燃料电池在交通运输、便携式电源、分散电站、航空及水下潜器等民用与军用领域展现出广阔的应用前景。目前，燃料电池汽车、电站及便携式电源等均处于示范阶段，在商

储能材料

储能材料 Energy storage materials 课程编号：07310180 学分：1 学时：15 （其中：讲课学时：15 实验学时：0 上机学时：0 ） 先修课程：大学物理、物理化学 适用专业：无机非金属材料工程（光电材料与器件） 教材：《储能材料与技术》，樊栓狮主编，化学工业出版社，2004年8月第1版。 开课学院：材料科学与工程学院 一．课程的性质与任务 本课程是给无机非金属(光电方向)专业开设的一门专业必修课。储能材料与技术是将各种能量转化为自然条件下比较稳定的存在形式的材料与技术手段，有着悠久的历史和广泛的应用。本课程的主要任务是培养学生认识储能材料与技术的基本知识和发展趋势，拓宽学生的知识面，丰富科学素养。 二．课程的基本内容及要求 第一章绪论 1、教学内容 （1）基本概念 （2）能量类型及其来源 （3）储能技术发展历史与应用 2、教学要求 了解能量储存的基本概念、类型及各自的来源，了解储能技术发展的背景及过程。 第二章能量转换与储存基本原理 1、教学内容 （1）能量守恒与转换定律 （2）能量储存方法 （3）储能技术评价指标 2、教学要求 掌握热力学第一、第二定律，了解各种类型能量的储存方法，了解储能技术的评价指标及其物理意义。 第三章电能储存技术及应用

1、教学内容 （1）电力峰谷负荷及其调节 （2）抽水蓄能技术 （3）压缩空气储电技术 （4）蓄电池 （5）电容器储能技术 （6）超导储电能技术 2、教学要求 了解电力峰谷负荷条件的背景及方法，掌握抽水蓄电站的工作原理、组成部分及其应用，了解压缩空气储电技术的原理与系统构成，了解蓄电池的工作原理与分类，了解电容器储能技术的原理及主要应用，了解超导储电能技术的原理和分类。 第四章热能储存技术及应用 1、教学内容 （1）热能储存基本原理 （2）热能存储方式及材料 （3）工业余热储存 （4）蓄冷空调技术 （5）蓄热与建筑节能 2、教学要求 掌握传热学原理、牛顿冷却定律，了解热能储存的主要方式及相关材料，了解工业余热的分类及储存技术，了解水蓄冷空调和冰蓄冷空调的原理、特点及装置，了解相变蓄热建筑材料的制备及构件。 第五章太阳能存储技术 1、教学内容 （1）太阳能资源 （2）太阳能的特点及利用方式 （3）太阳能热储存 （4）太阳能电池 （5）太阳能光解制氢 2、教学要求 了解太阳能资源的概况，掌握太阳能的特点及主要利用方式，掌握太阳能热储存的原理及应用，掌握太阳能电池的工作原理及应用，了解太阳能光解制氢的原理。 第六章燃料电池与氢能利用 1、教学内容