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第三章_氢能和燃料电池
2006-9-13 第三章 氢能和燃料电池 Hydrogen Energy and Fuel Cell 北京科技大学热能工程系 Thermal Energy Engineering Department, The University of Science and Technology Beijing 参考书目 《太阳能利用技术》罗运俊,何梓年,王常贵,化学工业出版社,北京,2005年 《氢能-21世纪的绿色能源》-毛宗强,化学工业出版社,北京,2005年 1. 概论 13. 燃料电池2. 氢简介 14. 氢内燃机3. 水制氢 15. 燃料电池和交通工具 4. 化石能源制氢 16. 家庭及微型燃料电池5. 生物质制氢 17. 氢的安全6. 其他制氢方法 18. 氢能与材料7. 氢的纯化 19. 迎接氢能经济时代8. 太阳能-氢能系统9. 氢的储存10. 碳材料储氢11. 氢的输运与加注12. 核聚变 Thanks for Your Attention !! 3.12 核聚变 3.12.2 如何实现核聚变 4)设备 a. 磁约束核聚变反应:利用一定位形的磁场来约束热核等离子体。 b. 惯性约束聚变:利用外力如激光把轻核聚变燃料制成的小球极快地亚多到高密度和高温,使其释放巨大的热核聚变能。 c. 联合使用磁约束和惯性约束核聚变:目前常使用的装置叫做“爆聚衬筒”。 3.12.3 核聚变的优点 1)释放能量巨大 单位质量的氘聚变所放出的能量是单位质量的U235裂变所放出的能量的四倍。 2)原料丰富 氢、氘、氚、氦-3、锂-6、硼-11。其中氚可以用中子同锂作用产生。 3.12 核聚变 3.12.3 核聚变的优点 3)环境友好 聚变后不产生放射性的物质;铀裂变后废物难处理。 4)核聚变比和核裂变的原料成本低 铀的提炼十分复杂,1kg浓缩铀成本1.2万美元,1kg氘成本300美元。 3.12.4 核聚变的研究现状 已工作 0.3-0.4 0.45 0.125 合肥,等离子体物理所 HT-613 1995 0.4 1.02 0.2 中国乐山,西南物理研究所 环流一号 1986 1.4 2.40 0.7 前苏联 托卡马克-15 1985 3.0 3.00 1.00 日本 托卡马克-60 1982 2.5 2.5 0.85 美国 托卡马克聚变试验堆 1983 3.0 2.8 1.3 欧共体 欧洲联合环形装置 运行时间 等离子体中心环形场/MA 大半径/m 小半径/m 主建国家 托卡马克名称 当今世界四个最先进的大型托卡马克 3.12 核聚变 3.12.5 核聚变的前景 1)冷聚变 a. 1926年提出冷聚变的设想,得到氦,但后来发现是玻璃或石棉释放的。 b. 1960年浓缩氘时发现奇异现象。 c. 1989年,美国犹他州用简单的重水电解装置,在钯电极上实现了持续的核聚变。 d. 2002年,美国橡树岭国立实验室在Science发表论文,报道了利用中子发生器,产生的14MeV高能中子用声致发光技术引发了“汽泡核聚变”。 2)受控核聚变前景 人造太阳 3He为燃料,更清洁,效益更高,但只有月球上有,储量有限 3.13 燃料电池 3.13.1 燃料电池原理 1)定义 是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置。能量转换效率不受“卡诺循环”的限制,能量转换效率高达60%-80%。 2)热力学计算 a. 标准理论可逆电动势 以水为例: b.实际电池的电动势(能斯特方程) c. 电池电压Er与温度的实用关系为: 3.13 燃料电池 3.13.1 燃料电池原理 2)热力学计算 d. 燃料电池效率 以水为例: e. 燃料电池的电池极化与过电位 可逆电池和可逆电极时,电极处于平衡状态,没有电流通过,此时的电位称为平衡电位?e,实际过程的电极存在阻力,电流也不是无限小,电流通过时,电极电动势会偏离平衡值,称为电极的极化。
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