第一篇：微生物燃料電池講稿[大全]

大家好，大家一想到細菌可能會覺得不舒服，但是隨著生物技術的發(fā)展表明，這些小家伙對我們是分外友好的，比如我今天展示的主題是關于微生物發(fā)電方面，即利用微生物將有機物中的化學燃料能直接轉化成電能。大量研究證明，微生物發(fā)電是很有潛力的。

這是我今天展示的四個部分，首先是細菌發(fā)電的技術原理，（以電池為例）

一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作原理是：在陽極室厭氧環(huán)境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與質子結合成水。

與其他類型燃料電池類似，微生物燃料電池的基本結構為陰極池和陽極池。根據(jù)陰極池結構的不同，MFC 可分為單池型和雙池型2 類;根據(jù)電池中是否使用質子交換膜,也可分為有膜型和無膜型2 類;根據(jù)電子傳遞方式的不同，又可分為直接型和間接型2 類。（其中單池型MFC 由于其陰極氧化劑直接為空氣，因而無需盛裝溶液的容器;無膜型燃料電池則是利用陰極材料具有部分防空氣滲透的作用而省略了質子交換膜。直接型MFC 采用的產(chǎn)電細菌具有將氧化產(chǎn)生的電子傳遞到陽極的能力。）

這張圖是傳統(tǒng)微生物燃料電池的結構圖，這一張圖上大家可以看到細菌在這個流程中的作用。

但是細菌并不是只有靠著電極才可以發(fā)電，但是科學家發(fā)現(xiàn)有些可以產(chǎn)生電流的細胞如地桿菌在細胞外長有長長的、纖細的絲。試驗證明細菌的這些細長的絲是它們純天然的“電線”，實現(xiàn)細菌遠距離發(fā)電。

常見產(chǎn)生電流的菌種：希瓦氏菌，鐵還原紅育菌，硫還原泥土桿菌

這種電池的原料廣泛，可以是糖類，包括葡萄糖以及果糖、蔗糖，甚至從木頭和稻草中提取出來的含糖副產(chǎn)品的木糖等，都可以充當細菌發(fā)電的原料。細菌發(fā)電所用的糖完全可以用諸如鋸末、桔稈、落葉等廢有機物的水解物來替代，也可以利用分解化學工業(yè)廢物如無用聚合物來發(fā)電。

重金屬，利用重金屬做為原料，是指利用一種能去除地下鈾污染物的細菌來發(fā)電?？茖W家們破解了這種能吞噬金屬的地下細菌的基因圖譜，稱它有100多個基因能夠使金屬發(fā)生化學變化，使之產(chǎn)生電能。這種地下細菌的基因組中有100個或更多的基因，能編碼不同的C型細胞色素，還具有能來回移動電子的蛋白質。這種細菌能在深層地下水中產(chǎn)生電能，這比先前預計的清潔環(huán)境的用處更大。

有機污水，利用生活污水發(fā)電設備也可以發(fā)電，它是利用在淡水池塘中常見的一種細菌來連續(xù)發(fā)電的。這種細菌不僅能分解有機污染物，而且還能抵抗多種惡劣環(huán)境。節(jié)省能源，有利環(huán)保?？茖W家說，利用這種污水發(fā)電機，將會有那么一天，能使從馬桶沖下去的穢物成為家中照明用電的來源。

啤酒廢料，在中國和泰國曾經(jīng)有過把稻谷和甘蔗的廢料制造成能源的案例。同樣的程序或許可以用于開發(fā)釀酒的廢料，而且制造的能源還能用于釀酒。釀造啤酒消耗的能源很多，先要用熱水和蒸氣煮原料，然后用電使其冷卻。濕谷物和廢水倒入酵桶中，發(fā)酵桶裝了可以分解有機化合物的細菌，這樣就可以制造沼氣，然后把發(fā)酵桶中產(chǎn)生的沼氣和干煤泥用于燒水和生產(chǎn)高壓力的蒸氣，而這又能推動渦輪發(fā)電。

接下來是發(fā)展歷史，1786年，意大利醫(yī)生及物理學家伽凡尼在青蛙腿上發(fā)現(xiàn)了“動物電” , 從而把電與代謝過程聯(lián)系了起來。

1910年英國植物學家馬克?皮特首先發(fā)現(xiàn)有幾種細菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流。于是他以鉑作電極，放進大腸桿菌或普通酵母菌的培養(yǎng)液里，成功地制造出世界上第一個細菌電池。波特爾直覺地認識到, 這種微生物燃料電池的電子是由微生物的食物降解產(chǎn)生的。他無法用當時僅僅屬于想象的代謝過程的生化原理來解釋他的實驗結果。但當時的科學界并沒有因此而畏縮不前。后來, 微生物學家和酶學象南明了細菌中的酶是如何氧化其食物的。那時波特爾的微生物燃料電池己基本被遺忘了。

1913年，劍橋大學的柯恩復活了波特爾的思想。他記述了微生物燃料電池的電池組產(chǎn)生3 5伏以上電壓的情況。

本世紀六十年代，美國國象航空和航天管理局曾支持許多生物電的研究計劃, 如把有機垃圾轉化為電流的方法。

直到宇航世紀的來臨和出現(xiàn)一石油圓乏, 才重新引起對這一課題的注意。1984年，美國科學家設計出一種太空飛船使用的細菌電池，其電極的活性物質是宇航員的尿液和活細菌。不過，那時的細菌電池放電效率較低。

2002年后，隨著直接將電子傳遞給固體電子受體的菌種的發(fā)現(xiàn)，人們發(fā)明了無需使用電子傳遞中間體的微生物電池，其中所使用的菌種可以將電子直接傳遞給電極。

MFC技術的應用前景正在不斷拓展中。例如，將MFC陽極插入海底(河底、湖底)沉積物中,陰極置于臨近海水中，則可收集到天然的、由微生物代謝產(chǎn)生的海底電流,這可為各類海洋監(jiān)測儀器提供電源.此外，MFC技術還可用于生物修復,例如在有高濃度有機物污染的地點(如石油污染),可置入MFC陽極完成對有機物的氧化。

應用領域，替代能源，隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展、人口的劇增、人類欲望的無限上升和對自然資源無節(jié)制地大規(guī)模開采，全球能源消費急劇增加。這不僅使世界能源供應面臨嚴重危機，而且二氧化碳的過度排放導致全球氣候變暖，對人類社會的可持續(xù)發(fā)展構成嚴峻挑戰(zhàn)。微生物發(fā)電細菌工藝也會產(chǎn)生二氧化碳等對空氣造成污染的物質，但與使用礦物燃料所排出的廢氣相比，它對全球變暖的危害要低得多，在某種程度上可以是被稱作清潔能源的。而且在死海和大鹽湖里找到一種嗜鹽桿菌，它們含有一種紫色素，在把所接受的大約10%的陽光轉化成化學物質時，即可產(chǎn)生電荷。科學家們利用它們制造出一個小型實驗性太陽能細菌電池，結果證明是可以用嗜鹽性細菌來發(fā)電的，用鹽代替糖，其成本就大大降低了。由此可見，讓細菌為人類供電已不是遙遠的設想，而是不久的現(xiàn)實。

污水處理，以有機污水為燃料、回收利用污水中有機質的化學能-一直是MFC 研究中的主要目的,但在研究中,對于MFC處理后污水水質的監(jiān)測結果使研究人員對以MFC 工作原理為基礎，開發(fā)新的污水處理工藝產(chǎn)生了濃厚興趣。2004 年，研究發(fā)現(xiàn)，直接用以空氣為陰極的MFC處理生活污水，COD 去除率達到80%。值得注意的是,MFC 在厭氧降解有機物的同時，污水PH 保持中性，且溶液中沒有常規(guī)厭氧環(huán)境發(fā)酵產(chǎn)生的CH4和H2等。因此，MFC 可以作為污水的常規(guī)處理手段，去除率可以達到與一般厭氧過程同樣的效果，但MFC 不會使污水水質發(fā)生酸化，也不會產(chǎn)生具有爆炸性的危險氣體，因此具有很好的開發(fā)前景。

微生物傳感器，BODS被廣泛用于評價污水中可生化降解的有機物含量，但由于傳統(tǒng)的BOD測定方法需要5天的時間，因此,出現(xiàn)了大量關于BOD 傳感器的研究,以MFC 工作原理為基礎的BOD傳感器的研究也是研究人員關注的焦點。利用MFC 工作原理開發(fā)新型BOD傳感器的關鍵在于:1電池產(chǎn)生的電流或電荷與污染物的濃度之間呈良好的線性關系;2電池電流對污水濃度的響應速度較快;3有較好的重復性。

惡劣環(huán)境能量供應，細菌發(fā)電也可用于其他環(huán)境條件下，比如在充電條件困難以及成本高的情況下。使用這項技術為監(jiān)視過往船只及潛艇的水下擴音器和聲吶提供動力。通過這項技術，動物糞便或污水等含有碳水化合物的廢物，都能為電冰箱和爐子提供電力，可以為生活在偏遠地區(qū)的人帶來幫助。

航天領域，飛向宇宙是技術發(fā)展方向的必然方向，宇宙是人類未來的主要資源來源。目前載人飛船上天，宇航員在太空飛行中的排泄物要被帶回地球。如果有朝一日人類能踏上火星，那么往返火星與地球之間就需要四年的時間。粗略估算，在此期間，6名宇航員將會“制造”出6噸多的排泄物垃圾。這些廢物垃圾該如何處置呢？日前科學家正在研究出利用“泥菌”屬微生物將這些太空垃圾變廢為寶。即讓“泥菌”屬微生物“吃下”人類的排泄物，產(chǎn)出來電能。

最后就是科學家們對這種技術的展望了，實現(xiàn)微生物的大規(guī)模發(fā)電，應對能源危機，也可以降低國家對產(chǎn)油國的依賴。食物喂養(yǎng)機器人，可以最大限度的放開機器人的自主權，未來的微型機器人行星探險家將采用有效而可靠的微生物燃料電池，無需科學家進行干預。

飛向太空，可以實現(xiàn)宇宙飛船就地取材，實現(xiàn)太空中能源自給自足。不過微生物燃料電池是一項新興技術，沒有大規(guī)模應用，還需要很長一段時間才能走向成熟。

第二篇：食品微生物講稿學生實驗報告

實驗一顯微鏡構造和使用及微生物檢測

一、實驗目的

1.掌握顯微鏡的構造、性能和使用方法，重點掌握普通光學顯微鏡油鏡的使用。2.了解和利用普通光學顯微鏡油鏡對細菌、放線菌進行個體形態(tài)觀察。3.觀察并比較不同來源的微生物生長的數(shù)量和類型。

二、實驗原理

1.油鏡使用香柏油原理： 1）.增加照明亮度

油鏡的放大倍數(shù)可達100Χ，放大倍數(shù)這樣大的鏡頭，焦距很短，直徑很小，但所需要的光照強度卻最大。從承載標本的玻片透過來的光線，因介質密度不同（從玻片進入空氣，再進入鏡頭），有些光線會因折射或全反射，不能進入鏡頭，致使在使用油鏡時會因射入的光線較少，物像顯現(xiàn)不清。所以為了不使通過的光線有所損失，在使用油鏡時須在油鏡與玻片之間加入與玻璃的折射率（n=1.55）相仿的油鏡（通常用香柏游，其折射率n=1.52）。2）.增加顯微鏡的分辨率

顯微鏡的分辨率或分辨力(resolutionorresolvingpower)是指顯微鏡能辨別兩點之間的最小距離的能力。從物理學角度看，光學顯微鏡的分辨率受光的干涉現(xiàn)象及所用物鏡性能的限制，可表示為：（公式P16）式中λ=光波波長；NA=物鏡的數(shù)值孔徑值。

光學顯微鏡的光源不可能超出可見光的波長范圍（0.4--0.7μm），而數(shù)值孔徑值則取決于物鏡的鏡口角和玻片與鏡頭間介質的折射率，可表示為：NA=n×sinα

式中α為光線最大入射角的半數(shù)。它取決于物鏡的直徑和焦距，一般來說在實際應用中最大只能達到120O，而n為介質折射率。由于香柏油的折射率（1.52）比空氣及水的折射率（分別為1.0和1.33）要高，因此以香柏油作為鏡頭于玻片之間介質的油鏡所能達到的數(shù)值孔徑值（NA一般在1.2~1.4）要高于低倍鏡、高倍鏡等干鏡（NA都低于1.0）。若以可見光的平均波長0.55μm來計算，數(shù)值孔徑通常在0.65左右的高倍鏡只能分辨出距離不小于0.4μm的物體，而油鏡的分辨率卻可達到0.2μm左右。2．微生物檢測原理

微生物的基本特點是微生物在自然界分布廣泛，實驗室內(nèi)亦不例外。由于其個體微小，絕大部分微生物是用肉眼看不到的，因此，只有通過微生物的大量繁殖形成微生物群體，即菌落，才能通過肉眼直觀地看到它們。

三、實驗步驟 1.油鏡觀察：（1）上升聚光器，全開虹彩光圈。（2）用粗調(diào)節(jié)輪提起鏡筒或下降載物臺，轉動轉換器將油鏡轉至鏡筒正下方。在玻片標本的鏡檢部位滴上一滴香柏油。右手順時針方向慢慢轉動粗調(diào)節(jié)輪使鏡筒下降或載物臺上升，與此同時，從顯微鏡的側面觀察使油鏡浸入油中，直到幾乎與標本接觸時為止。注意不要壓到標本，以免壓碎玻片，甚至損壞油鏡頭。（3）從接目鏡內(nèi)觀察，進一步調(diào)節(jié)光線，使光線明亮，再用粗調(diào)節(jié)輪將鏡筒徐徐上升或將載物臺徐徐下降，直到視野內(nèi)出現(xiàn)物像為止，然后用細調(diào)節(jié)輪校正焦距。如油鏡已離開油面而仍未見物象，必須再從側面觀察，將油鏡降下，重復操作至物象看清為止。2.環(huán)境中微生物的檢測

熔化培養(yǎng)基→倒平板→冷卻→無菌接種（頭發(fā)、牙垢、指甲、手指觸摸、暴露空氣5’、其它）

四、實驗結果；

1.選繪三種細菌個體形態(tài)圖(鉛筆)2．觀察不同類群微生物的菌落形態(tài)特征，并記錄結果。

五、討論分析（完成指定的思考題和作業(yè)題）

1.簡述利用顯微鏡油鏡觀察細菌、放線菌個體形態(tài)圖的方法 參考答案：

.顯微鏡是光學精密儀器，在使用時要特別小心，使用前要熟悉顯微鏡的結構和性能，檢查各總零件是否完好無損。鏡身有無灰塵，鏡頭是否清潔，做好必要的清潔和調(diào)整工作。

2.拿取顯微鏡必須一只手拿著鏡臂，一只手托著鏡座，并保持鏡身的上下垂直，應避免震動，輕放臺上。切不可一只手提起，以防顯微鏡、反光鏡功目鏡墜落。

3.使用前應將鏡身擦拭一遍、用擦鏡紙將鏡頭擦凈（切不可用手指擦抹）。若遇到鏡臺或鏡頭上有干香柏油，可用擦鏡紙沾取少量二甲苯將其擦去。

4.使用時如發(fā)現(xiàn)顯微鏡操作不靈活或有損壞，不要擅自拆卸修理，應立即報告指導教師處理。5.注意保護鏡頭，切不可壓碎標本被片，損壞鏡頭

6.顯微鏡使用完畢，應登記顯微鏡使用卡經(jīng)指導教師檢查后放回鏡箱。

六、改進實驗建議。

實驗參考網(wǎng)址:http://202.192.164.81/index.htm 電話:Email:fswuguoming@yahoo.com.cn 4．6 菌落特征觀察內(nèi)容

（1）菌落大小

用格尺測量菌落的直徑。大菌落（5mm以上）、中等菌落（3~5mm）、小菌落（1~2mm）、露滴狀菌落（1mm以下）。（2）表面形狀

分光滑、皺褶、顆粒狀、龜裂狀、同心環(huán)狀等（圖9-1A）。（3）凸起情況

分擴展、扁平、低凸起、凸起、高凸起、臺狀、草帽狀、臍狀、乳頭狀等（圖9-1B）。（4）邊緣狀況

分整齊、波浪狀、裂葉狀、齒輪狀、鋸齒形等（圖9-1A）。（5）菌落形狀

分圓形、放射狀、假根狀、不規(guī)則狀等（圖9-1A）。（6）表面光澤

分閃光、金屬光澤、無光澤等。（7）菌落質地

分油脂狀、膜狀、松軟（粘稠）、脆硬等。于酒精燈旁以無菌操作打開平皿蓋，用接種環(huán)挑動菌落，判別菌落質地是否為松軟或脆硬等。（8）菌落顏色

分乳白色、灰白色、檸檬色、橘黃色、金黃色、玫瑰紅色、粉紅色等。注意觀察平皿正反面或菌落邊緣與中央部位的顏色不同。（9）透明程度

分透明、半透明、不透明等。

A.菌落的形狀及邊緣狀況 1.圓形、邊緣整齊、表面光滑；2.不規(guī)則狀；3.邊緣波浪狀；

4.邊緣鋸齒狀；5.同心圓狀；6.邊緣缺刻狀、表面呈顆粒狀；7.絲狀；8.假根狀

B.菌落的凸起情況 1.扁平、擴展；2.低凸面，3.高凸面；4.臺狀；

5.臍狀；6.草帽狀；7.乳頭狀；8.褶皺凸面

圖1 細菌的菌落特征示意圖

同組同學實驗結果匯總：

記錄實驗結果于下表并描述你處理的培養(yǎng)皿中長出的菌落形態(tài)特征（如形狀、顏色、大小、邊緣等）。

微生物來源 菌落數(shù) 大 小 空 氣 塵 土 水 其它（）

顏 色

形 狀

邊 緣

是否形成菌苔

第三篇：基于合成生物學技術的微生物燃料電池菌種分子育種研究范文

基于合成生物學技術的微生物燃料電池菌種分子育種研究

雍陽春*，孫建中

江蘇大學生物質能源研究所，江蘇省鎮(zhèn)江市學府路301號，212013；*email:

微生物燃料電池(MFC)是一種將生物可利用有機質(包括工農(nóng)業(yè)廢棄物、污水中的有機物等)直接轉化為電能的新型生物產(chǎn)能裝置，可同時實現(xiàn)有機污染物處理和直接產(chǎn)電。其操作條件溫和、能量轉化效率高、綠色無污染，是一種理想的節(jié)能環(huán)保生物能源新技術(1，2)。但是，高性能產(chǎn)電微生物菌種的缺乏嚴重制約了MFC的工業(yè)化進程。

本實驗室系統(tǒng)分析研究了用于MFC的產(chǎn)電微生物的底物電子釋放機制和胞外電子傳遞機制，在此基礎上首次提出并通過合成生物學技術對產(chǎn)電微生物進行定向改造，使微生物的電化學活性及其MFC的產(chǎn)電性能大幅提高(3，4)。一方面，我們研究發(fā)現(xiàn)微生物胞內(nèi)乳酸合成途徑是造成胞內(nèi)電子釋放效率低下的主要原因之一。我們通過代謝工程手段，將乳酸合成途徑阻斷(即敲除乳酸合成關鍵酶基因ldhA，構建基因工程菌ldhA?)，成功將胞內(nèi)電子釋放到胞外電極，提高了MFC的產(chǎn)電性能(3)。在雙室MFC微生物燃料電池中進行研究發(fā)現(xiàn)，基因工程菌ldhA?產(chǎn)電性能較原始菌株大幅提高(最高電流提高約30倍，穩(wěn)定時間至少延長2倍。另一方面，微生物細胞膜通透性差是制約微生物胞內(nèi)電子向胞外傳遞效率的瓶頸。我們通過將來源于Pseudomonas的大孔徑細胞膜孔蛋白(OprF)人工異源表達在大腸桿菌細胞外膜，通過熒光和酶學方法證實該蛋白的表達使大腸桿菌膜通透性顯著提高。進一步，在恒電位放電實驗和MFC中研究發(fā)現(xiàn)，該基因工程菌(oprF)產(chǎn)電性能大幅提高，并進一步對其機制進行了深入研究。本研究表明微生物菌種的分子育種對提高MFC性能起著關鍵性作用；而合成生物學技術的應用使MFC菌種的分子育種研究邁上了新的臺階，將加速推進MFC的工業(yè)化進程。

參考文獻：

1.Logan BE and Rabaey K.2012.Science, 337:686-690.2.Yong YC, et al.2012.ACS Nano, 6: 2394-2400.3.Yong YC, et al.2012.Electrochemistry Communications, 19: 13-16.4.Yong YC, et al.2011.Biosensors & Bioelectronics, 30: 87-92.

第四篇：燃料電池技術

燃料電池技術

發(fā) 展 動 態(tài)

北京天恒可持續(xù)發(fā)展研究所

2000年7月

目錄

為開發(fā)生物質燃料電池，ERC在中國建立合資企業(yè).........................................................................3 通用電氣公司和PLUG POWER公司將提供住宅用燃料電池..........................................................3 燃料電池機車比傳統(tǒng)電氣化鐵路的經(jīng)濟性更好嗎？...........................................................................3 09/15/98Texaco公司說：“傳統(tǒng)”石油公司將被淘汰。

休斯敦-據(jù)路透社報道，Texaco主席兼首席執(zhí)行官Peter Bijur在出席在休斯敦召開的世界能源理事會第17次會議上發(fā)表這番評論說：“傳統(tǒng)石油公司的日子已經(jīng)屈指可數(shù)了，其中一個原因是諸如燃料電池的先進技術不斷涌現(xiàn)?！薄拔蚁嘈盼覀冋谂c傳統(tǒng)石油公司共度最后時光”，Bijur說。他認為當前石油工業(yè)面臨的壓力來自于新的運輸技術，例如用燃料電池驅動運輸車輛，而不再使用汽油，以及那些據(jù)Bijur預計“將對自然資源加強控制”的國家。他預測，未來的石油公司提供更多的專業(yè)技術，而不是在新地方開采石油。Bijur說：“一個石油公司的價值將不再是其儲量的價值，而是其技術的價值?！?/p>

Energy Partners公司發(fā)布其第一個燃料電池組

Energy Partners公司最近向燃料電池研究開發(fā)市場介紹了其研制的NG2000型先進質子交換膜(PEM)燃料電池組，并向Virginia Tech公司提供了NG2000-20燃料電池組，這個電池組的功率為20千瓦，將安裝在混合動力汽車(HEV)上。Energy Partners公司的質子交換膜燃料電池技術和Virginia Tech公司的混合動力汽車將參加1999年6月美國能源部的未來汽車的挑戰(zhàn)展示會。該燃料電池公司還宣布將提供5千瓦、10千瓦和20千瓦的型號以滿足燃料電池測試、開發(fā)和示范項目的需求。Energy Partners公司希望在明年早些時候推出新型的NG2000可變?nèi)剂想姵亟M。(BUSINESS WIRE: 10/15)

Edison Technology Solutions對燃料電池與燃氣輪機聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)進行示范 洛杉磯-Edison Technology Solutions是Edison國際公司的一個下屬單位，4 也是南加利福尼亞Edison公司的母公司。上個星期三，該公司宣布他們研究開發(fā)成功功率為250千瓦的聯(lián)合發(fā)電站。公司說這個發(fā)電站將把燃料電池和燃氣輪機結合在一起。這種發(fā)電站的成本比單純的燃料電池系統(tǒng)低，而效率是單純的微型燃氣輪機的兩倍。Edison Technology公司總裁Vikram Budhraja在說明中說：“最根本的改變在于發(fā)電過程，原有的規(guī)模效益被制造效益取代。”他還說，由于效率提高意味著燃料成本降低并能夠防止價格波動，同時排放減少將減輕當?shù)氐年P注程度，小規(guī)模的發(fā)電站將能夠吸引大批的用戶。該公司宣布第一個發(fā)電站由200千瓦增壓固體氧氣燃料電池和50千瓦使用天然氣為燃料的燃氣輪機組成，并將于1999年中期安裝在加利福尼亞大學。(C)Reuters Limited 1998.東芝和UTC聯(lián)合開發(fā)燃料電池技術

東芝公司將與美國的聯(lián)合技術公司(UTC)合作開發(fā)用于電動汽車的小型燃料電池。這兩個公司已經(jīng)在美國建立了合資企業(yè)，并希望在2003年以前能夠實現(xiàn)商業(yè)化。新公司為國際燃料電池公司，其90%的股份由飛機零部件制造商UTS掌握，其余部分由東芝公司掌握。兩公司宣布這個建于康涅狄格州的合資企業(yè)在2000年以前將開發(fā)功率為50千瓦的小型節(jié)能燃料電池。東芝公司和UTC已經(jīng)合作開發(fā)了用作工廠或辦公樓發(fā)電機的200千瓦燃料電池。早時候的公司還為美國國家航空和宇宙航行局提供了航天飛機上使用的燃料電池。東芝公司說未來10年內(nèi)燃料電池驅動汽車市場的年銷售額預計將達到8,000億日元(55億美元)。據(jù)稱，新型燃料電池的效率為汽油發(fā)動機的兩倍。(ASIA PULSE: 8/2)

福特、Ballard和戴姆勒-奔馳成立新合資公司

福特、Ballard和戴姆勒-奔馳三家公司公布了其聯(lián)合企業(yè)的新名稱和標志，這個聯(lián)合企業(yè)將為燃料電池汽車的汽車開發(fā)動力傳動系統(tǒng)。去年4月，福特、Ballard動力系統(tǒng)和戴姆勒宣布建立全球聯(lián)盟，旨在成為在全世界范圍內(nèi)領先的燃料電池驅動轎車、卡車和大客車的動力傳動系統(tǒng)和配件的生產(chǎn)商，Ecostar是 5 那時建立的兩個企業(yè)之一。新的合作企業(yè)將為電池驅動和混合動力汽車開發(fā)先進的電力驅動系統(tǒng)，以及非汽車方面應用，如固定式的發(fā)電站。公司宣布他們的目標是建立生產(chǎn)這些配件的基地并最終實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。福特是Ecostar公司的主要持股人，而Ballard擁有21%的股份，戴姆勒-奔馳擁有17%。DDB燃料電池發(fā)電機GmbH公司是合資企業(yè)中的第二個，主要持股人是戴姆勒-奔馳公司，而Ballard和福特分別擁有27%和22%的股份。DDB公司負責開發(fā)燃料電池系統(tǒng)。福特、Ballard和戴姆勒-奔馳三家公司一共已經(jīng)為聯(lián)盟投資超過7億美元，其中福特公司投入4.2億美元的現(xiàn)金、技術和資產(chǎn)。該公司宣布其目標為在2004年之前使燃料電池動力系能夠支持燃料電池汽車的商業(yè)化生產(chǎn)。(FORD RELEASE: 8/6)

殼牌公司計劃開發(fā)氫技術

殼牌(英國)有限公司的主席兼首席執(zhí)行官Chris Fay說，殼牌(英國)有限公司支持對氫作為運輸燃料的開發(fā)，并已經(jīng)決定投入資金對氫驅動汽車技術進行研究。Chris Fay 說：“殼牌公司已經(jīng)與其它公司合作建立了專門研究氫生產(chǎn)和新型燃料電池技術的發(fā)展機會的氫經(jīng)濟研究小組?！彼€說：“我們相信氫燃料電池驅動的汽車很可能會在2005年之前進入歐洲和美國的汽車市場”?！霸跉づ乒荆覀兇_信，氫與液化氣類似，代表著明天的燃料?！钡聡鴮汃R汽車公司也同意殼牌在支持氫作為替代推進系統(tǒng)的首選燃料的立場。寶馬公司已經(jīng)示范了一個自動化加注高度冷卻液氫的加油站。ZEVCO 報紙評論說：“殼牌石油公司正在開始其應用于運輸行業(yè)的氫氣供應和銷售的業(yè)務?！薄斑@標志著氫不再僅僅是一種工業(yè)氣體，也將成為(運輸)燃料，而且隨著生產(chǎn)成本降低，大規(guī)模生產(chǎn)也將呼之欲出?！?HART'S EUROPEAN FUELS NEWS: 8/5)

殼牌公司和戴姆勒-奔馳汽車公司聯(lián)合研究氫驅動電動汽車

殼牌公司最近宣布將與戴姆勒-奔馳公司的一個子公司合作開發(fā)新一代氫燃料汽 6 車。殼牌公司希望利用DDB燃料電池發(fā)電機GmbH 中采用的燃料電池新技術把氫氣轉化為電能并用于未來的電動汽車中。這兩個公司在聲明中說：“結果將是汽車既具有燃料電池動力所帶來的環(huán)保優(yōu)勢，又能夠方便地在已有的加油站中添加燃料?！睔づ乒菊谠囼灠袲DB燃料電池與本公司的可以把液體燃料轉化為富氫氣體的催化劑部分氧化技術相結合。殼牌公司相信燃料電池可以象汽油和柴油一樣驅動發(fā)動機，而且排放和噪音都很小。殼牌公司說：“戴姆勒-奔馳公司已經(jīng)開發(fā)了使用車載氫氣為燃料的汽車和使用在汽車內(nèi)部甲醇轉化的氫氣為燃料的汽車?！?REUTERS: 8/17)

美國通用汽車公司與Ballard動力系統(tǒng)公司簽訂協(xié)議

作為正在進行的燃料電池驅動電動汽車的研究開發(fā)項目的一部分，通用汽車公司最近為Ballard動力系統(tǒng)公司提供了價值70萬美元的協(xié)議。Ballard公司總裁Firoz Rasul 說：“Ballard公司珍視與通用汽車公司目前的關系，購買燃料電池測試設備和相關服務表明通用汽車公司對燃料電池汽車的一貫興趣和貢獻?！盉allard公司的燃料電池可以把天然氣、甲醇或氫燃料在不經(jīng)過燃燒的情況下轉化為電能，在過程中不產(chǎn)生任何污染排放。(BALLARD RELEASE: 8/14)

電力公司建設歐洲第一座質子交換膜燃料電池發(fā)電站

四個德國電力公司和一個法國電力公司將于明年在德國柏林建設歐洲第一個質子交換膜燃料電池發(fā)電站。這座250千瓦的發(fā)電站將在1999年下半年安裝，并預計在安裝另一套熱電聯(lián)產(chǎn)設備后馬上開始發(fā)電。發(fā)電站將由法國GEC Alsthom公司的德國子公司Alstom Energietechnik建設和安裝，法國GEC Alsthom公司在今年早些時候與Ballard發(fā)電系統(tǒng)公司建立了伙伴關系。另外，漢堡的HEW公司，漢諾威的PreussenElektra公司，柏林的VEAG公司和Bewag公司，法國巴黎的Electricite公司也將參加這個項目。這個投資417萬美元的項目將建在原東德所屬柏林的Treptowq區(qū)的一個熱力發(fā)電站旁邊。根據(jù)HEW公司提供的信息，歐盟將負擔項目總投資額的40%。Bewag公司說在歐洲其它 地區(qū)也將建設燃料電池發(fā)電站。這個公司說，五個電力公司將“鼓勵在示范項目框架內(nèi)的燃料電池開發(fā)”，在柏林的這個項目是多公司合作研究的第一個項目。(HYDROGEN & FUEL CELL LETTER: SEPTEMBER 1998)

NABI將引進燃料電池公共汽車

北美公共汽車工業(yè)(NABI)宣布其將在明年向公眾展示新一代用先進材料建造并由天然氣燃料電池驅動的輕型公共汽車。預計于明年5月在美國面世的燃料電池公共汽車將包括長度為40英尺的低頂公共汽車、45英尺長的長途汽車，和長度為30英尺的低頂混合動力公共汽車，這些型號都由使用壓縮天然氣為燃料的燃料電池來驅動。(NATURAL GAS FUELS: SEPTEMBER 1998)

燃料電池汽車－下一代 競賽正在繼續(xù)。全世界的汽車生產(chǎn)商都在開發(fā)無污染排放的新型發(fā)動機。燃料電池發(fā)動機技術看起來處于領先地位。美國通用汽車公司的全球替代推進中心主任Byron McCormick說：“在所有技術之中，燃料電池汽車看起來是最有發(fā)展前途的，很有可能成為下一代批量生產(chǎn)的汽車?！贝髂防?奔馳汽車公司和通用汽車公司的燃料電池汽車都使用液體甲醇為燃料，把甲醇轉化為氫氣并通過燃料電池發(fā)電來驅動汽車。另外，兩種汽車都有車載制氫設備和電池。豐田汽車公司及其競爭對手本田汽車公司都計劃在2003年之前把燃料電池汽車投放市場。汽車生產(chǎn)商一致認為氫燃料電池汽車的性能與傳統(tǒng)汽車近似，但是效率更高，而且沒有污染排放。但是，燃料電池的成功將取決于其成本。戴姆勒-奔馳汽車公司的發(fā)言人說：“我們的目標是在2004年能夠把成本可以與柴油機汽車相競爭的燃料電池汽車商業(yè)化。我們發(fā)現(xiàn)消費者不愿意為環(huán)保原因而支付額外費用，他們的決定取決于成本?！?REUTERS: 9/17)

日本公司開發(fā)燃料電池汽車

利于環(huán)保的先進技術汽車的未來應該包括燃料電池，尤其是當燃料電池變得更小、效率更高時。世界上的汽車制造商準備最早在2004年推出燃料電池汽車，8 日本Asahi 化學工業(yè)公司和日產(chǎn)汽車公司取得的技術進步將使燃料電池汽車成為現(xiàn)實。燃料電池汽車技術所面臨的挑戰(zhàn)包括尺寸和效率。一般來說，當燃料電池的尺寸縮小到適合于汽車時，其動力輸出只有汽油發(fā)動機的一半。Asahi化學工業(yè)公司與Dow化學公司合作，已經(jīng)開發(fā)出一種方法能夠把燃料電池的單位體積發(fā)電功率提高一倍。這種技術利用了改進的電極材料，而且對單個電池的測試表明一個小的電池組可以提供與傳統(tǒng)汽油發(fā)動機相等的動力。日產(chǎn)汽車公司開發(fā)了一種當置于電極之間可以加快燃料電池內(nèi)化學反應的特殊聚合膜。這種膜幾乎可以把氫離子的運動速度提高一倍，這樣就可以把燃料電池的總體尺寸降低，而又不犧牲動力輸出。另外，Asahi化學工業(yè)公司與Noguchi研究所合作已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了解決一氧化碳雜質問題的辦法，即使一氧化碳的濃度只有100ppm，燃料電池動力輸出也會降低一半。公司已經(jīng)開發(fā)成功了可以把用于發(fā)電的氫氣中一氧化碳雜質完全消除的特殊催化劑。(ASIA PULSE: 9/24)

Medis El公司將獲得燃料電池技術

Medis El有限公司最近宣布其子公司將從兩個以色列科學家那里獲得極其先進的用于移動電話、傳呼設備和計算機、并最終能夠應用于汽車的燃料電池技術。如果一切順利，這兩個發(fā)明家及其助手將獲得Medis El有限公司這家子公司的30%股份。發(fā)明者之一，Mikhael Khidekel在前蘇聯(lián)開發(fā)并生產(chǎn)了高導電性聚合體(HECP)。他還開發(fā)了一種新型的據(jù)稱延展性極好的高導電性聚合體,使用這種材料可以降低燃料電池中電極設計和生產(chǎn)的重量和體積。Medis El公司說，另一個發(fā)明者Gannady Finkelstein開發(fā)了可以大幅度降低鉑涂層材料但又能夠保持高質量的燃料電池電極電鍍過程。公司表示要采用其在以色列航空工業(yè)(IAI)開發(fā)的航天密封技術方面的科學知識來解決燃料電池泄漏的問題。燃料電池將在Medis El公司的主要持股人以色列航空工業(yè)擁有的工廠進行開發(fā)。Medis El公司主席Robert Lifton說：“為開發(fā)應用于電動汽車、家庭和其它用途的燃料電池已經(jīng)投入了上億美元，我們相信Khidekel教授和Finkelstein工程師開發(fā)的高導電性聚合體和先進的電鍍技術加上Medis El公司的自身能力將有助 于燃料電池在所有這些方面應用的發(fā)展。” 聯(lián)系人: Robert Lifton, Medis El, 電話：212-935-8484.(MEDIS EL RELEASE: 9/28)

APCI公司和HCI公司開發(fā)氫氣加油站

氣體產(chǎn)品和化學有限公司(APCI)與氫氣開發(fā)有限公司(HCI)合作，為芝加哥的燃料電池公共汽車示范項目設計并建設了氫氣加油站。這個燃料添加系統(tǒng)包括接收、儲存、壓縮和氣化液氫的燃料準備系統(tǒng)和用于向公共汽車上的合成燃料箱添加氣體氫氣的傳遞系統(tǒng)。為盡可能地降低泄漏，在可能的情況下使用焊管系統(tǒng)取代螺紋連接系統(tǒng)。操作人員選擇盡可能高的加注壓力，而且加注系統(tǒng)要確保不能夠超過燃料箱的壓力和溫度限制。這種系統(tǒng)還具有許多自動的超壓關閉開關和減壓閥門。為確保公共汽車不發(fā)生移動，輪胎要固定在凹槽中，而且司機必須拉緊汽車的手剎車。如果其它系統(tǒng)不能夠保持汽車固定，脫逃雙重關閉裝置可以作為一種安全措施。到目前為止，加油站在示范期間運行良好。項目中的所有三輛公共汽車都可以在15分鐘內(nèi)完成燃料添加。聯(lián)系人: APCI, 電話：610-481-8336.(THE CLEAN FUELS REPORT: SEPTEMBER 1998)

通用汽車公司向公眾展示燃料電池驅動的面包車

通用汽車公司在上周的巴黎汽車展上展示了燃料電池版的Zafira面包車，這表明其已經(jīng)進入了燃料電池載客汽車市場。致力于燃料電池技術商業(yè)化的獨立非盈利組織Fuel Cells 2000的執(zhí)行主任Bob Rose說：“我們?yōu)橥ㄓ闷嚬镜淖钚鲁晒蛩麄儽硎咀ＹR。”通用汽車公司已經(jīng)在燃料電池用于運輸用途進行了幾十年的工作。但是Zafira面包車使這一概念成為入門關注的焦點。這輛由通用汽車公司在歐洲的子公司歐寶公司生產(chǎn)的面包車由以甲醇轉化的氫氣為燃料的50千瓦質子交換膜燃料電池驅動。通用汽車公司稱這輛車“幾乎完全不排放氮氧化物，二氧化碳排放量只相當于汽油發(fā)動機的一半”。而且，通用公司還稱這輛燃料電池汽車的駕駛范圍與常規(guī)汽車相似。Rose說：“在燃料電池汽車尚處于發(fā)展階段時，通用汽車公司加入到載客汽車競賽令人興奮，而且意義重大，也使人確信燃料電池汽車是下一代汽車的有力競爭者?！蓖ㄓ闷嚬痉Q，他們計劃在2004年前完成可以商業(yè)化的燃料電池汽車。聯(lián)系人：Fuel Cells 2000, 電話：202-785-9620，傳

真

：

202-785-9529，網(wǎng)

址

：

http://004km.cn.(FUEL CELLS 2000 RELEASE: 10/1)

豐田汽車公司和戴姆勒-奔馳汽車公司討論環(huán)境問題

據(jù)來自東京的消息，日本豐田汽車公司和德國戴姆勒-奔馳汽車公司將就合作開發(fā)下一代有利于環(huán)保的汽車和零配件回收技術進行談判。這將是豐田公司和戴姆勒-奔馳公司首次建立這種關系。自8月份來說，兩家汽車公司已經(jīng)在德國和日本進行了工作級會談。根據(jù)日本的消息，兩家公司在環(huán)境問題將是引導未來全球汽車市場的決定因素方面持有一致意見。預計這項運動將有助于為汽車生產(chǎn)建立與環(huán)境相關的技術的全球標準。兩家公司研究了讓通用汽車公司加入?yún)f(xié)議的計劃。通用汽車公司和豐田汽車公司已經(jīng)聯(lián)合開發(fā)了電動汽車的電池充電裝置。但是有消息稱，通用公司加入改協(xié)議的計劃已經(jīng)被取消了。豐田公司已經(jīng)開始批量生產(chǎn)利于環(huán)保的混合動力電動汽車和低排放直燃汽油發(fā)動機。戴姆勒-奔馳公司正在與福特汽車公司聯(lián)合開發(fā)下一代燃料電池電動汽車，這將使戴姆勒-奔馳公司與豐田公司進行直接競爭。(KYODO: 10/8)

H Power公司從NIST獲得316萬美元資金

H Power公司最近宣布其從商業(yè)部下屬的國家標準和技術研究所(NIST)獲得316萬美元資金，用于H Power公司及其合資伙伴Epyx/Arthur D.Little 有限公司進行的以丙烷為燃料的燃料電池動力系統(tǒng)項目。H Power公司首席執(zhí)行官H.Frank Gibbard說：“我們非常高興國家標準和技術研究所能夠認識到我們的建議可以應用于很多用途，并作出回應。” “在國家標準和技術研究所的先進技術計劃下，H Power公司和Epyx/Arthur D.Little 有限公司將開發(fā)以廉價并容易獲得的丙烷為燃料驅動燃料電池的技術。這項技術將使燃料電池在通訊后備電源方面及其它工業(yè)或生活用途完全實現(xiàn)商業(yè)化?！睘樘娲ㄓ崙弥械某潆婋姵睾推渌鼊恿碓矗琀 Power公司要制造尺寸與谷物箱相近的燃料電池，重量僅14磅。以丙烷為燃料的燃料電池的使用壽命預計是相同重量的電池的4倍。公司希望燃料電池在通訊行業(yè)中的成功可以帶動燃料電池在其它方面的應用，包括緊急動力設備、小型海陸車輛推進系統(tǒng)和手提式發(fā)電機。(H POWER RELEASE: 11 10/8)

通用汽車公司可以使用卡迪拉克汽車作為燃料電池平臺

通用汽車公司最近宣布其正計劃使用其豪華汽車－卡迪拉克牌轎車來開發(fā)技術先進而且有利于環(huán)保的動力系統(tǒng)。燃料電池驅動的發(fā)動機是被考慮的先進技術之一。公司希望卡迪拉克可以率先成為環(huán)保型汽車。通用公司稱其正在向對成本不很關心的消費者介紹可以降低對汽油的依賴程度的高技術發(fā)動機。通用公司認為卡迪拉克汽車的購買者與通用公司其它品牌汽車的購買者相比，對價格比較不敏感。另外，公司相信卡迪拉克汽車的購買者將愿意為成為第一批使用不對環(huán)境產(chǎn)生危害的先進技術而支付稍多的費用。燃料電池把氫氣轉化為電能來驅動汽車，而水蒸汽是唯一的副產(chǎn)品。(EV WORLD: 10/14)

日本日產(chǎn)汽車公司計劃在2005年以前實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化

日產(chǎn)汽車公司最近宣布其計劃在2003年到2005年間開始銷售以甲醇為燃料的小型燃料電池驅動的汽車。燃料電池由加拿大的Ballard動力系統(tǒng)公司開發(fā)。(ASIA PULSE: 9/2)

倫敦展示新型燃料電池出租汽車

Zevco公司制造的氫燃料出租汽車采用了Zevco公司的子公司Elenco公司為有人駕駛太空應用開發(fā)的技術。原型車由通過混合空氣中的氧氣和車載壓縮燃料箱中的氫氣來工作的燃料電池來驅動。(FINANCIAL TIMES: 7/30)12

第五篇：燃料電池的發(fā)電技術

新型材料及其應用論文--《燃料電池發(fā)電技術》

燃料電池發(fā)電技術

摘要：概述了燃料電池的原理和分類，以及他們的反應原理及技術和燃料電池發(fā)電技術做了初步介紹。

關鍵詞：燃料電池，發(fā)電

引言：隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對能源的依賴越來越嚴重，而生存環(huán)境的持續(xù)惡化又催促人們不斷尋求清潔能源。燃料電池由于其環(huán)保性和高效性被譽為繼火力發(fā)電、水力發(fā)電、核電之后的第四代發(fā)電技術，越來越多的國家和地區(qū)投入更多的資金對其進行研究并使其產(chǎn)業(yè)化。

一：燃料電池簡介

燃料電池（Fuel cell），是一種使用燃料進行化學反應產(chǎn)生電力的裝置，最早于1839年由英國的Grove所發(fā)明。最常見是以氫氧為燃料的質子交換膜燃料電池，由于燃料價格便宜，加上對人體無化學危險、對環(huán)境無害，發(fā)電后產(chǎn)生純水和熱，20世紀60年代應用在美國軍方，后于1965年應用于美國雙子星座5號飛船?，F(xiàn)在也有一些筆記型電腦開始研究使用燃料電池。但由于產(chǎn)生的電量太小，且無法瞬間提供大量電能，只能用于平穩(wěn)供電上。

燃料電池其原理：它是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質組成。不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。這里以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池

氫-氧燃料電池反應原理 這個反映是電觧水的逆過程。電極應為： 負極：H2 +2OH-→2H2O +2e-

正極：1/2O2 +H2O+ 2e-→2OH-

電池反應：H2 +1/2O2==H2O

圖1 燃料電池工作原理示意圖 燃料電池的類型：

堿性燃料電池（AFC）——采用氫氧化鉀溶液作為電解液。

質子交換膜燃料電池（PEMFC）——采用極薄的塑料薄膜作為其電解質。

磷酸燃料電池（PAFC）——采用200℃高溫下的磷酸作為其電解質。

熔融碳酸燃料電池（MCFC）

固態(tài)氧燃料電池（SOFC）——采用固態(tài)電解質

二：燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能，直接轉化為電能的裝置。當源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時，它可以連續(xù)發(fā)電。

燃料電池發(fā)電是在一定條件下使H2、天然氣和煤氣（主要是H2）與氧化劑（空氣中的O2）發(fā)生化學反應，將化學能直接轉換為電能和熱能的過程。與常規(guī)電池的不同之處在于：只要有燃料和氧化劑供給，就會有持續(xù)不斷的電力輸出。與常規(guī)的火力發(fā)電不同，它不受卡諾循環(huán)（由兩個絕熱過程和兩個等溫過程構成的循環(huán)過程）的限制，能量轉換效率高。燃料電池除可發(fā)電外，還可作為電動汽車的電源。在對眾多的蓄電池以及一次電源的研究以及應 新型材料及其應用論文--《燃料電池發(fā)電技術》

用中發(fā)現(xiàn)：質子交換膜燃料電池（PEMFC）作為一種不經(jīng)過燃燒直接以電化學反應連續(xù)地把燃料和氧化劑中的化學能直接轉換成電能的發(fā)電裝置，具有能量轉換效率高（一般都在40-50％，而內(nèi)燃機僅為18％-24％）、無污染、啟動快、電池壽命長、比功率、比能量高等優(yōu)點。

1.磷酸燃料電池(PAFC)發(fā)電技術

磷酸型燃料電池由多節(jié)單電池按壓濾機方式組裝以構成電池組。

堿性燃料電池在載人航天飛行中的成功應用，證明了按電化學方式直接將化學能轉化為電能的燃料電池的高效與可靠性，為提高能源的利用效率，人們希望將這種高效發(fā)電方式用于地面發(fā)電。

以磷酸為電解質的磷酸型氫氧燃料電池首先取得突破。至今，其技術獲得了高度發(fā)展，已進行了規(guī)模為11000kW~4500kW的電站試驗，定型產(chǎn)品PC25(200kW)已投放市場，有數(shù)百臺這種電站在世界各地運行，運行試驗證明，這種燃料電池分散電站的運行高度可靠，可作為不間斷電源應用，其熱電效率達40%，熱電聯(lián)產(chǎn)時其燃料的利用率達60% ~70%。

圖2 PAFC的反應原理

目前氫的貯存與運輸均有不少技術問題需待解決，各國正在積極進行攻關研究一旦這一系列的技術問題得到解決，燃料電池就可利用由太陽能，核能等發(fā)出的電來電解水所制備出的氫作為燃料。

在以礦物燃料為原始燃料時，則需經(jīng)化學轉化的過程，例如煤的氣化，天然氣或汽油的蒸氣轉化等，通過這些方法將礦物燃料先轉化為富氫氣體，才可以送入電池作為燃料電池的燃料。

磷酸燃料電池的輸出為直流電，而大部分用戶的電器均使用交流電，因此，需要把燃料電池輸出的直流電經(jīng)逆變器轉換成交流電后再提供給用戶使用。磷酸燃料電池的內(nèi)阻較常規(guī)化學電源如鉛酸蓄電池大，所以，當輸出電流變化時它的工作電壓變化幅度大，為解決這一問題，常在燃料電池的輸出和逆變器之間加一個振蕩變流器(chopper)，它的功能是升壓或降，以確保供給用戶電力的工作電壓維持恒定。

燃料電池應是一個能夠自動運行的發(fā)電廠，因此，對于磷酸燃料電池來說，其氧化劑的供應，電池廢熱的排出，反應生成水的回收等均需進行控制與管理，再加上還需對電力輸出逆變進行控制與管理等，所有這些必須齊備才能構成一個完整的燃料電池系統(tǒng)。

新型材料及其應用論文--《燃料電池發(fā)電技術》

圖3 磷酸燃料電池系統(tǒng)方框圖 2.質子交換膜燃料電池(PEMFC)發(fā)電技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)由若干單電池串聯(lián)而成，單電池由表面涂有催化劑的多孔陽極

多孔陰極和置于二者之間的固體聚合物電解質構成。其工作原理如圖4所示，當分別向陽極和陰極供給氫氣與氧氣時，進入多孔陽極的氫原子在催化劑作用下被離化為氫離子和電子，氫離子經(jīng)由電解質轉移到陰極，電子經(jīng)外電路負載流向陰極，氫離子與陰極的氧原子及電子結合成水分子，因此 PEMFC的電化學反應為：

圖4 PEMFC的反應原理

(1)原料來源廣泛，通過對石油，天燃氣，煤炭還有沼氣，甲醇，水植物等加工取得，來之不盡，取之不竭。

(2)無污染，因沒有燃燒過程，不排放有害氣體，它的排出物是氫氧結合的純水。(3)無燥音，其發(fā)電過程是電化學反應過程，沒有機械運動，所以沒有噪音。(4)能源轉換效率高，因其工作溫度低，能耗少，能源轉換效率理論上可高達。

欲使PEMFC依負荷的變化，長時間穩(wěn)定的向負載提供電能，必須給電池組配置以下4個功能單元，即燃料及氧化劑貯存與供給單元，電池濕度，溫度調(diào)節(jié)單元，功率變換單元及系統(tǒng)控制單元等，這樣，方能構成一個實用化的，完整的PEMFC發(fā)電系統(tǒng)。如圖5

圖5 質子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖

新型材料及其應用論文--《燃料電池發(fā)電技術》

3.熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)發(fā)電技術

熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)以堿金屬（Li﹑Na﹑K）的熔融碳酸鹽為電解質，富氫燃料天然氣甲烷煤氣等轉化而成為燃料，氧氣空氣加CO2為氧化劑，工作溫度約為650℃，余熱利用價值高，點催化劑以鎳為主，無需使用貴金屬，發(fā)電效率高。MCFC的反應原理如圖

圖6 MCFC的反應原理

MCFC單電池是由陰極、電解質、電解質隔膜和陽極組成，若組成電池堆，則還需要雙極板、集流器、氣泡屏等組件，其中，隔膜是MCFC的核心部件，必須強度高、耐高溫熔鹽腐蝕、浸入熔鹽電解質后能夠阻擋氣體通過，并且有良好的離子導電性能（MCFC的導電離子是CO32-).通過對多種材料的篩選和多年的研究，目前已普遍采用偏鋁酸鋰來制備MCFC隔膜。

美國從1976年開始開發(fā)MCFC，主要的開商有能源研究所(Energy Research Corporation，ERC)和MC Power公司，ERC在1991至1994年間先后完成了25 kW、70 kW、125 kW電池組的試驗，并于1996年建成了世界上功率最大的2MW MCFC電站，直接燃用脫硫后的天然氣。2000年，ERC設計的單電池堆出力達到250 kW并進入商業(yè)化。2005年，兆瓦級的MCFC進入商業(yè)化。日本從1981年開始研究MCFC，并于1987年研究成功10 kW MCFC發(fā)電設備，1997年1MW MCFC電站在日本川越火電廠投運。日立公司2000年開發(fā)出1 MW MCFC發(fā)電裝置。東芝公司開發(fā)出低成本的10 kW MCFC發(fā)電裝置。此外，荷蘭、德國、意大利、韓國等國家也于20世紀90年代建成相關的試驗電站。我國于1991年由原電力工業(yè)部哈爾濱電站成套設備研究所研制出由7個MCFC單電池組成的電池組，上海交通大學和大連化學物理研究所都于2001年完成了1 kwMCFC電站的試驗。

MCFC試驗電站的建成和運行為MCFC商業(yè)化提供了豐富的經(jīng)驗，各國的科學家正在研究改進MCFC的關鍵材料和技術應用。

MCFC工作溫度高，余熱利用價值高，可以與煤氣化聯(lián)合循環(huán)結合組成高效的潔凈煤發(fā)電技術。

4.固體氧化物燃料電池

同體氧化物燃料電池(SOFC)以固態(tài)氧化釔、氧化鋯為電解質，天然氣、氣化煤氣、碳氫化合物為燃料，氧氣為氧化劑。固態(tài)氧化釔、氧化鋯電解質在高溫下有很強的離子傳導功能，能夠傳導02～，電解質將電池分隔為燃料極(陽極)和空氣極(陰極)。氧分子在空氣極得到電子，被還原成02～，然后通過電解質傳輸?shù)疥枠O，在陽極與氫氣(或一氧化碳)發(fā)生反應。生成水(或二氧化碳)和電子。在迄今為止人類所發(fā)明的能源轉化方式中，SOFC的轉換效率是最高的，其反應原理如圖

新型材料及其應用論文--《燃料電池發(fā)電技術》

圖7 SOFC的反應原理

從原理與結構上講，固體氧化物燃料電池是一種理想的燃料電池，它不但具有其他燃料電池高效，環(huán)境友好的優(yōu)點，而且還具有以下突出優(yōu)點

固體氧化物燃料電池是全固體結構，無使用液體電解質帶來的腐蝕和電解液流失問題，可望實現(xiàn)長壽命運行，固體氧化物燃料電池在800~1000 下工作，不但電催化劑無需采用貴金屬，而且還可直接采用天然氣，煤氣和碳氫化合物作燃料，簡化了電池系統(tǒng)，固體氧化物燃料電池排出的高質量余熱可與燃氣，蒸汽輪機等構成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，會大大提高總發(fā)電效率。

圖8 100kw SOFC系統(tǒng)示意圖

固體氧化物燃料電池技術的難點也源于它的高工作溫度，電池的關鍵部件陽極隔膜，陰極和聯(lián)結材料等在電池的工作條件下必須具備化學與熱的相容性，即在電池工作條件下，電 新型材料及其應用論文--《燃料電池發(fā)電技術》

池構成材料間不但不能發(fā)生化學反應，而且其熱膨脹系數(shù)也應相互匹配。

固體氧化物燃料電池最適宜的用途是與煤氣化和燃氣，蒸汽輪機構成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，建造中心電站或分散式電站，這樣既能提高能源利用率，又可消除對環(huán)境的污染。

三：燃料電池發(fā)電的應用前景

目前，美國、加拿大、日本、韓國以及歐洲的很多國家都把燃料電池發(fā)電技術提高到事關“國家能源安全”的戰(zhàn)略高度，投入大量資金予以資助和研發(fā)。我國是能源消耗大國，以煤和石油為主，能源利用率低，污染嚴重；同時，近年來我國由于自然災害或人為因素導致的大面積停電事故，給社會和經(jīng)濟造成巨大損失。如果在電網(wǎng)中有許多分布式電源在供電，則供電的可靠性和供電質量將會大大改善。分布式電源作為我國大電網(wǎng)的有效補充，如果能夠得到較快的發(fā)展，電網(wǎng)抵御各種災害的能力將會有很大提高。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，備用電源需求日益增大，如移動通信機站、軍用移動指揮系統(tǒng)、野外醫(yī)療中心、固定或移動辦公設施等的備用電源，需要配備技術性和經(jīng)濟性好的備用電源，而燃料電池中的PEMFC剛好能實現(xiàn)這個功能。從燃料電池發(fā)展的研究現(xiàn)狀來看，我國在燃料電池發(fā)電方面的技術與發(fā)達國家如美國、加拿大、日本等相距甚遠。我國要發(fā)展燃料電池技術，需要引進、消化及吸收國外先進技術，加快完成技術革新。

四：結束語

燃料電池作為高效、清潔、友好的新能源技術，已經(jīng)得到越來越多國家的重視，掌握清潔高效的發(fā)電技術對國家能源和安全具有重要的戰(zhàn)略意義，而燃料電池正是高效環(huán)保的發(fā)電技術之一。隨著我國西氣東送、天然氣管網(wǎng)的不斷完善，對電網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性要求的不斷提高，以及對環(huán)保要求的不斷提高，燃料電池會起到越來越重要的作用。

參考文獻：

祁寶森 《新型材料及其應用》 哈爾濱工業(yè)大學出版社 2007 穎穎 曹廣益 朱新堅 《燃料電池一有前途的分布式發(fā)電》·電網(wǎng)技術·2005 許詩森 程健 《燃料電池發(fā)電系統(tǒng)》．中國電力出版社．2005 衣寶廉 《燃料電池——原理、技術、應用》．化學工業(yè)出版社，2003 宗強

《燃料電池》．北京：化學工業(yè)出版社．2005 丁常勝 苗紅雁 《新型高效清潔能源—燃料電池》．陜西科技大學學報．2004 劉建國 孫公權 《燃料電池概述》．物理學與新能源材料專題．2004 沈德興

《燃料電池發(fā)電》．節(jié)能．1999