氫燃料電池的發(fā)展概況

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1、氫燃料電池的發(fā)展概況王旋(10121968)摘要:在21世紀(jì)新能源中，清潔而高效的氫可能扮演重要的角色,其他各種能源都可以轉(zhuǎn)化為比較容易儲存的氫.氫燃料電池作為當(dāng)今最被看好的的新能源之一,有著清潔、高效等等優(yōu)點(diǎn)。氫燃料電池在氫能源汽車，工廠、住宅供電等方面都有著極大的需求和應(yīng)用前景，甚至在未來可以逐步取代化石燃料的使用，成為人類生活必不可少的能源。然而，氫燃料電池目前尚存在成本高、儲存運(yùn)輸困難、技術(shù)不成熟、普及率低等一系列問題。世界各國都對氫燃料電池表現(xiàn)出極大的熱情并投入巨大的資金。我國氫源豐富，技術(shù)研發(fā)在國際上處于領(lǐng)先水平，應(yīng)加快燃料電池的市場化步伐，積極培育

2、以儲氫罐、加氫站、輸氫管道等為標(biāo)志的氫經(jīng)濟(jì)或氫產(chǎn)業(yè)。關(guān)鍵詞：氫、燃料電池、氫能源汽車、氫經(jīng)濟(jì)1.氫燃料電池介紹1.1氫燃料電池的原理：氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陽極。1.2氫燃料電池的基本結(jié)構(gòu)：氫燃料電池的基本結(jié)構(gòu)和基本燃料電池的結(jié)構(gòu)相同包括：電極、電解質(zhì)隔膜與集電器等。電極是燃料氧化和還原的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所，可分成陰極與陽極兩部分。電解質(zhì)隔膜的功能是分隔氧化劑與還原劑并同時(shí)傳導(dǎo)離子。目前燃料電池所采用的電解質(zhì)隔

3、膜可以分為兩類，一類為以絕緣材料制作多孔隔膜，例如石棉膜、碳化硅膜和鋁酸鋰膜等，再將電解液，例如氫氧化鉀、磷酸和熔融碳酸鹽等，浸入多孔隔膜：另一類電解質(zhì)隔膜為固態(tài)離子交換膜，例如質(zhì)子交換膜燃料電池中采用的全氟磺酸樹脂膜。集電器也稱做雙極板，它只有收集電流、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體及分隔氧化劑與還原劑的作用；雙極板的性能取決于材料特性、流場設(shè)計(jì)與加工技術(shù)。1.3氫燃料電池的應(yīng)用：20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域[5]。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。進(jìn)入70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進(jìn)的制氫技術(shù)，很快，氫燃料

4、電池就被運(yùn)用于發(fā)電和汽車。隨著制氫技術(shù)的發(fā)展，氫燃料電池離我們的生活越來越近。到那時(shí)，氫氣將像煤氣一樣通過管道被送入千家萬戶，每個(gè)用戶則采用金屬氫化物的貯罐將氫氣貯存起來，然后連接氫燃料電池，再接通各種用電設(shè)備。它將為人們創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境，減輕繁重的生活事務(wù)。但愿這種清潔方便的新型能源——?dú)淙剂想姵卦缛赵谌藗內(nèi)粘Ｉ钪小?氫燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀2.1國內(nèi)外對氫燃料電池的投入與開發(fā)美國政府每年花費(fèi)9000萬美元用于燃料電池的研發(fā)。2002年1月，美國總統(tǒng)布什明確表示，放棄已經(jīng)進(jìn)行了8年之久、耗資15億美元的超高里程燃?xì)鈩恿ζ嚨拈_發(fā)研制，而把燃料電池汽車作為美國清

5、潔汽車研發(fā)新的正式目標(biāo)。美國和日本公司20002年宣布共同展開對家庭氫燃料汽車加油站的技術(shù)研究，以便向家庭提供熱量、熱水和電力，同時(shí)為燃料電池汽車生產(chǎn)氫氣[2]。中國對氫能的研究與發(fā)展可以追溯到70年代初，中國科學(xué)家為發(fā)展本國的航天事業(yè)，對作為火箭燃料的液氫的生產(chǎn)，燃料電池的研制與開發(fā)進(jìn)行了大量而有效的工作。2001年底，燃料電池轎車項(xiàng)目落戶上海后，由上海汽車集團(tuán)、同濟(jì)大學(xué)等10多家企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合組成項(xiàng)目組，并成立燃料電池動力系統(tǒng)公司，進(jìn)行項(xiàng)目攻關(guān)。2003年1月12日，國內(nèi)首臺燃料電池汽車“超越一號”在上海問世，使我國成為掌握燃料電池汽車技術(shù)的少數(shù)幾

6、個(gè)國家之一。2010年5月在德國埃森召開的。第18屆世界氫能大會”上。來自美國、德國、日本、中國等國家的代表介紹了各自國家最新的氫能進(jìn)展[1]。2.2氫燃料電池發(fā)展中遇到的困難2.2.1氫氣的制?。阂话愎I(yè)制氫方法有電解水、臺烴的化石燃料中制氫、太陽能光電化學(xué)分解熱化學(xué)制氫制氫、光和微生物制氫等多種方法，但是目前還沒有一種價(jià)格低廉、無污染、制作工藝成熟、技術(shù)優(yōu)良的工藝方法，這個(gè)也是我們技術(shù)攻關(guān)的方向和目標(biāo)。2.2.2氫氣的儲存：一般的儲存方法有常壓儲氫、高壓儲氫、液氫儲氫[7]。金屬氫化物儲氫以及吸附儲存，由于氫特別輕，無色無味，而凡容易泄漏、易在空氣中達(dá)到爆炸

7、極限濃度就會發(fā)生爆炸，所以氫的儲存成為了制取之后又一個(gè)技術(shù)性難題。2.2.3氫的運(yùn)輸：氫雖然有良好的可運(yùn)輸性，但不論是氣態(tài)氫或是液氫，他們在使用過程中都存在不可忽視的實(shí)際問題。首先，氫特別輕。在運(yùn)輸和使用時(shí)。單位能量所占的體積相對較大，這對作汽車動力有一定的挑戰(zhàn)。其次，氫特別容易泄漏，即使是真空密封的燃料箱，每24小時(shí)的泄漏率就達(dá)2％，而汽油一般每一個(gè)月才泄漏1％，因此，對貯氫容器和輸氖管道，接頭，閥門等都要采取特殊的密封措施。第三，液氫的溫度極低，只要有一滴滴在皮膚上，就會發(fā)生嚴(yán)重的凍傷．因此在運(yùn)輸和使用過程中必須十分謹(jǐn)慎。要特別注意采取各種安全措施。2.3氫

8、燃料電池研究的最新進(jìn)展荷