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氢能与质子交换膜燃料电池
关键字:燃料、新能源、燃料电池、PEMFC
摘要:为解决能源短缺、环境污染等问题,开发清洁、高效的新能源
和可再生能源已十分紧迫。氢能因燃烧热值高、污染小、资源丰富成
为新能源的对象,氢燃料电池作为氢能利用的有效手段。PEMFC发
电机由本体及其附属系统构成。本体结构除上述核心单元外,还包括
单体电池层叠时为防止汽、水泄漏而设置的密封件,以及压紧各单体
电池所需的紧固件等。附属系统包括:燃料及氧化剂贮存及其循环单
元,电池湿度、温度调节单元,功率变换单元及系统控制单元。PEMFC
发电机的诸多优越性能,使其在航空航天及超级移动设备、水下潜艇、
军事工程、通讯工程、车辆动力电源。
内容:石油是不可再生的能源,其储藏量和可开采量资源正面临枯竭。
如今人类社会高度依赖于石油工业,包括汽车在内的各个行业的发展
都离不开石油工业。地球上的石油到底还能供人类用多久?据美国石
油业协会估计,地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶,可供
人类开采不超过95年的时间。在2050年到来之前,世界经济的发展
将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间,煤炭也将消耗
殆尽,矿物燃料供应枯竭。
中国已经超过日本成为世界第二大汽车市场。但在中国汽车市场领
跑全球汽车市场荣耀的背后,是中国过快消耗着祖先留下的资源。面
对即将到来的能源危机,中国的汽车产业路在何方,路只有一条:使
用新能源,也只有使用新的替代能源,汽车产业才能持续发展。实施
替代能源战略,有助于我国汽车逐渐摆脱对原油的依赖,从能源安全
的角度看,无疑是非常必要的
中国石油资源不及世界人均水平的1/6,从1993年开始,中国成
为石油净进口国,供需矛盾日益突出。2004年中国石油消费量达到
了2.92亿吨,进口原油1.23亿吨。其中,车用燃油消耗已经达到了
中国石油消费量的1/3左右。此后石油进口仍呈上升趋势,进口量约
占使用量的20%左右,预计到2010年前后将达到40%,车用汽油年
消耗量为6400万吨。面对人类即将消耗完需几百万年才形成的石油
资源所引发的即将到来的能源危机,中国及全世界必须认识到要采取
开源节流的战略,即一方面节约能源,另一方面开发新能源。
为解决能源短缺、环境污染等问题,开发清洁、高效的新能源和
可再生能源已十分紧迫。氢能因燃烧热值高、污染小、资源丰富成为
新能源的对象,氢燃料电池作为氢能利用的有效手段,已被美国《时
代》周刊评为21世纪有重要影响的十大技术之一
燃料电池本质是水电解的“逆”装置,主要由3部分组成,即
阳极、阴极、电解质,如图1。其阳极为氢电极,阴极为氧电极。通
常,阳极和阴极上都含有一定量的催化剂,用来加速电极上发生的电
化学反应。两极之间是电解质。
以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,其工作原理如下:
(1)氢气通过管道或导气板到达阳极;
(2)在阳极催化剂的作用下,1个氢分子解离为2个氢质子,
并释放出2个电子,阳极反应为:
H2→2H++2e。
(3)在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴
极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极
的电子发生反应生成水,阴极反应为:1/2O2+2H++2e→H2O
总的化学反应为:H2+1/2O2=H2O
燃料电池种类较多,PEMFC以其工作温度低、启动快、能量密度高、
寿命长等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电
系统。
PEMFC发电机由本体及其附属系统构成。本体结构除上述核心
单元外,还包括单体电池层叠时为防止汽、水泄漏而设置的密封件,
以及压紧各单体电池所需的紧固件等。附属系统包括:燃料及氧化剂
贮存及其循环单元,电池湿度、温度调节单元,功率变换单元及系统
控制单元。图2是一个典型的PEMFC发电系统示意图。
电子在外电路形成直流电。因此,只要源源不断地向燃料电池阳
极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能
PEMFC作为移动式电源的应用领域分为两大类:一是可用作便
携式电源、小型移动电源、车载电源等。适用于军事、通讯、计算机
等领域,以满足
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