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燃料电池技术及应用 引言 燃料电池的发明 各种燃料电池的技术 燃料电池的应用 引言 １８５４年美国打出了世界上第一口油井，曾在数千年的人类史中闪烁着零星火光的黑色液体，终于点燃了的石油工业。仅仅一百年之后，由石油和煤支撑起的现代文明社会，已经清楚地察觉文明之下的危机：地球历经千万年乃至上亿年历史累积而成的宝藏，在这样的消耗速度下将会迅速枯竭，大气污染和酸雨等环境问题也困扰着人们。“能源革命”的呼声从２０世纪６０年代起就日渐高涨，而那正是石油消费量超过煤炭、成为新一代主体能源的时候。 时至今日，世界经济大体上仍然是化石燃料依赖型的，石油、煤和天然气占世界初级能源消费总量的８５％左右，剩下的部分主要是水电和核电，真正的可再生清洁能源如风能、太阳能等所占比例不到３％。世界能源需求仍在以１．５％～２％的年率增长，而地质学家预测说，石油和天然气价格将大幅度上升，再也不会回落。如果到时候还没有找到真正能够取代石油的新能源，必将出现大面积的经济恐慌，许多国家正为此不断付出政治和资金上的代价。例如美国对伊拉克的战争实际上是为了它的石油 ，导致萨达姆的下台。 燃料电池的优点 ?由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点： 不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率； 不管装置规模大小均能保持高发电效率； 具有很强的过负载能力； 通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛； 用天然气和煤气等为燃料时，NOX及SOX等排出量少，环境相容性优。 燃料电池的发明 早在１８３９年，英国科学家威廉·格罗夫就提出了氢氧燃料电池的原理。这是一种将化学能直接转换为电能的化学系统，它的主要部件为两个电极和电解液。在正极（燃料电极），氢气在催化剂作用下被拆开成为质子（氢离子）和电子，其中氢离子通过电解液流到负极（氧气电极），而电子不能通过电解液，留在正极，这样就在两极之间形成了电位差。如果接通两极，氢原子分拆出的电子就会沿电路从正极流到负极，在那里同氢离子结合后，与氧气发生反应，生成水并释放出热量。虽然称为燃料电池，其运作过程中并不会产生明火。产生电能的过程也不需要旋转式发动机等运动部件。因此燃料电池构造简单，能量利用率高，噪音小而且稳定。理论上，应用于汽车的燃料电池可以把氢燃料能量的６０～７０％转化为动能，而内燃机只能达到２０～２５％。 燃料电池的种类 直接甲醇燃料电池 氢氧燃料电池 固体氧化物燃料电池 一 直接甲醇燃料电池  直接甲醇燃料电池——简称DMFC（DirectMethanolFuelCell）。它是以甲醇为燃料，通过与氧结合产生电流的，优点是直接使用甲醇，省去了氢的生产与存储。 其电化学转化过程又可分为两种方式，一种是直接燃料电池，另一种是间接燃料电池。直接燃料电池主要是甲醇在阳极被电解为氢和二氧化碳，氢通过质子膜到阴极与氧气反应并同时产生电流。间接燃料电池是先将甲醇进行炼解或重整得到氢，然后再由氢和氧通过质子膜电解槽反应而获得供给汽车动力的电能。图为世界最小的甲醇燃料电池。  直接甲醇燃料电池 世界最小的甲醇燃料电池 燃料电池理燃料电池 这种燃料电池以甲醇为能量来源。 二 氢氧燃料电池 在酸性溶液中 　　负极：H2+2H2O-2e→2H3O+ 　　　　　　　　　　　　　（8-1） 　　在碱性溶液中　　 　　负极：H2+2OH--2e→2H2O 　　　　　　　　　　　　　　（8-3） 　　　　因此，无论采用酸性还是碱性电解液，氢氧燃料电池的总反应可表示为： 2H2+O2---H2O 　　 再生氢氧燃料电池将水电解技术（电能＋2H2O2H2＋O2）与氢氧燃料电池技术（2H2＋O2H2O＋电能）相结合，氢氧燃料电池的燃料H2、氧化剂O2可通过水电解过程得以“再生”，起到蓄能作用。 三 固体氧化物燃料电池 固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效，环境友好的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题；在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%提高到70%以上； 它的燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。其工作原理如图所示： 固体氧化物燃料电池原理图 固体氧化物燃料电池是一种新型全固体燃料电池，具有以下优点：使用全固体组件，不存在对漏液、腐蚀管理问题；可以用天然气作燃料，通过内部或外部重整利用石化燃料，有利于环境保护；不需要使用贵金属催化剂，从而节约了贵金属；余热温度较高，可以直接利用；可忽略正