第一篇：燃料電池技術(shù)

燃料電池技術(shù)

發(fā) 展 動(dòng) 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(zhì)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(jī)車比傳統(tǒng)電氣化鐵路的經(jīng)濟(jì)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(bào)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(huì)第17次會(huì)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(gè)原因是諸如燃料電池的先進(jìn)技術(shù)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(shí)光”，Bijur說。他認(rèn)為當(dāng)前石油工業(yè)面臨的壓力來自于新的運(yùn)輸技術(shù)，例如用燃料電池驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸車輛，而不再使用汽油，以及那些據(jù)Bijur預(yù)計(jì)“將對自然資源加強(qiáng)控制”的國家。他預(yù)測，未來的石油公司提供更多的專業(yè)技術(shù)，而不是在新地方開采石油。Bijur說：“一個(gè)石油公司的價(jià)值將不再是其儲(chǔ)量的價(jià)值，而是其技術(shù)的價(jià)值?！?/p>

Energy Partners公司發(fā)布其第一個(gè)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(jìn)質(zhì)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(gè)電池組的功率為20千瓦，將安裝在混合動(dòng)力汽車(HEV)上。Energy Partners公司的質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)和Virginia Tech公司的混合動(dòng)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(huì)。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(xiàng)目的需求。Energy Partners公司希望在明年早些時(shí)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?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行示范 洛杉磯-Edison Technology Solutions是Edison國際公司的一個(gè)下屬單位，4 也是南加利福尼亞Edison公司的母公司。上個(gè)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(gè)發(fā)電站將把燃料電池和燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)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?xì)廨啓C(jī)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?！彼€說，由于效率提高意味著燃料成本降低并能夠防止價(jià)格波動(dòng)，同時(shí)排放減少將減輕當(dāng)?shù)氐年P(guān)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(gè)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?xì)廨啓C(jī)組成，并將于1999年中期安裝在加利福尼亞大學(xué)。(C)Reuters Limited 1998.東芝和UTC聯(lián)合開發(fā)燃料電池技術(shù)

東芝公司將與美國的聯(lián)合技術(shù)公司(UTC)合作開發(fā)用于電動(dòng)汽車的小型燃料電池。這兩個(gè)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?qū)崿F(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(jī)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(gè)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(jī)的200千瓦燃料電池。早時(shí)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(jī)上使用的燃料電池。東芝公司說未來10年內(nèi)燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車市場的年銷售額預(yù)計(jì)將達(dá)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(dòng)機(jī)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(biāo)志，這個(gè)聯(lián)合企業(yè)將為燃料電池汽車的汽車開發(fā)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。去年4月，福特、Ballard動(dòng)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(lǐng)先的燃料電池驅(qū)動(dòng)轎車、卡車和大客車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和配件的生產(chǎn)商，Ecostar是 5 那時(shí)建立的兩個(gè)企業(yè)之一。新的合作企業(yè)將為電池驅(qū)動(dòng)和混合動(dòng)力汽車開發(fā)先進(jìn)的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及非汽車方面應(yīng)用，如固定式的發(fā)電站。公司宣布他們的目標(biāo)是建立生產(chǎn)這些配件的基地并最終實(shí)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(jī)GmbH公司是合資企業(yè)中的第二個(gè)，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(fù)責(zé)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(shù)和資產(chǎn)。該公司宣布其目標(biāo)為在2004年之前使燃料電池動(dòng)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(jì)劃開發(fā)氫技術(shù)

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(yùn)輸燃料的開發(fā)，并已經(jīng)決定投入資金對氫驅(qū)動(dòng)汽車技術(shù)進(jìn)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(shù)的發(fā)展機(jī)會(huì)的氫經(jīng)濟(jì)研究小組?！彼€說：“我們相信氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車很可能會(huì)在2005年之前進(jìn)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(jìn)系統(tǒng)的首選燃料的立場。寶馬公司已經(jīng)示范了一個(gè)自動(dòng)化加注高度冷卻液氫的加油站。ZEVCO 報(bào)紙?jiān)u論說：“殼牌石油公司正在開始其應(yīng)用于運(yùn)輸行業(yè)的氫氣供應(yīng)和銷售的業(yè)務(wù)。”“這標(biāo)志著氫不再僅僅是一種工業(yè)氣體，也將成為(運(yùn)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(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車

殼牌公司最近宣布將與戴姆勒-奔馳公司的一個(gè)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(jī)GmbH 中采用的燃料電池新技術(shù)把氫氣轉(zhuǎn)化為電能并用于未來的電動(dòng)汽車中。這兩個(gè)公司在聲明中說：“結(jié)果將是汽車既具有燃料電池動(dòng)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?yàn)把DDB燃料電池與本公司的可以把液體燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體的催化劑部分氧化技術(shù)相結(jié)合。殼牌公司相信燃料電池可以象汽油和柴油一樣驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，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(zhuǎn)化的氫氣為燃料的汽車?！?REUTERS: 8/17)

美國通用汽車公司與Ballard動(dòng)力系統(tǒng)公司簽訂協(xié)議

作為正在進(jìn)行的燃料電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的研究開發(fā)項(xiàng)目的一部分，通用汽車公司最近為Ballard動(dòng)力系統(tǒng)公司提供了價(jià)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(guān)系，購買燃料電池測試設(shè)備和相關(guān)服務(wù)表明通用汽車公司對燃料電池汽車的一貫興趣和貢獻(xiàn)?！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(zhuǎn)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(shè)歐洲第一座質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電站

四個(gè)德國電力公司和一個(gè)法國電力公司將于明年在德國柏林建設(shè)歐洲第一個(gè)質(zhì)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(yù)計(jì)在安裝另一套熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)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(shè)和安裝，法國GEC Alsthom公司在今年早些時(shí)候與Ballard發(fā)電系統(tǒng)公司建立了伙伴關(guān)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(gè)項(xiàng)目。這個(gè)投資417萬美元的項(xiàng)目將建在原東德所屬柏林的Treptowq區(qū)的一個(gè)熱力發(fā)電站旁邊。根據(jù)HEW公司提供的信息，歐盟將負(fù)擔(dān)項(xiàng)目總投資額的40%。Bewag公司說在歐洲其它 地區(qū)也將建設(shè)燃料電池發(fā)電站。這個(gè)公司說，五個(gè)電力公司將“鼓勵(lì)在示范項(xiàng)目框架內(nèi)的燃料電池開發(fā)”，在柏林的這個(gè)項(xiàng)目是多公司合作研究的第一個(gè)項(xiàng)目。(HYDROGEN & FUEL CELL LETTER: SEPTEMBER 1998)

NABI將引進(jìn)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(jìn)材料建造并由天然氣燃料電池驅(qū)動(dòng)的輕型公共汽車。預(yù)計(jì)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(dòng)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(qū)動(dòng)。(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(dòng)機(jī)。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)看起來處于領(lǐng)先地位。美國通用汽車公司的全球替代推進(jìn)中心主任Byron McCormick說：“在所有技術(shù)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(zhuǎn)化為氫氣并通過燃料電池發(fā)電來驅(qū)動(dòng)汽車。另外，兩種汽車都有車載制氫設(shè)備和電池。豐田汽車公司及其競爭對手本田汽車公司都計(jì)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(rèn)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(biāo)是在2004年能夠把成本可以與柴油機(jī)汽車相競爭的燃料電池汽車商業(yè)化。我們發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者不愿意為環(huán)保原因而支付額外費(fèi)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(jìn)技術(shù)汽車的未來應(yīng)該包括燃料電池，尤其是當(dāng)燃料電池變得更小、效率更高時(shí)。世界上的汽車制造商準(zhǔn)備最早在2004年推出燃料電池汽車，8 日本Asahi 化學(xué)工業(yè)公司和日產(chǎn)汽車公司取得的技術(shù)進(jìn)步將使燃料電池汽車成為現(xiàn)實(shí)。燃料電池汽車技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)包括尺寸和效率。一般來說，當(dāng)燃料電池的尺寸縮小到適合于汽車時(shí)，其動(dòng)力輸出只有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一半。Asahi化學(xué)工業(yè)公司與Dow化學(xué)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(shù)利用了改進(jìn)的電極材料，而且對單個(gè)電池的測試表明一個(gè)小的電池組可以提供與傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相等的動(dòng)力。日產(chǎn)汽車公司開發(fā)了一種當(dāng)置于電極之間可以加快燃料電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的特殊聚合膜。這種膜幾乎可以把氫離子的運(yùn)動(dòng)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(dòng)力輸出。另外，Asahi化學(xué)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(zhì)問題的辦法，即使一氧化碳的濃度只有100ppm，燃料電池動(dòng)力輸出也會(huì)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(zhì)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(shù)

Medis El有限公司最近宣布其子公司將從兩個(gè)以色列科學(xué)家那里獲得極其先進(jìn)的用于移動(dòng)電話、傳呼設(shè)備和計(jì)算機(jī)、并最終能夠應(yīng)用于汽車的燃料電池技術(shù)。如果一切順利，這兩個(gè)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(dǎo)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(dǎo)電性聚合體,使用這種材料可以降低燃料電池中電極設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的重量和體積。Medis El公司說，另一個(gè)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(zhì)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(shù)方面的科學(xué)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(jìn)行開發(fā)。Medis El公司主席Robert Lifton說：“為開發(fā)應(yīng)用于電動(dòng)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(dǎo)電性聚合體和先進(jìn)的電鍍技術(shù)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(yīng)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(xué)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(xiàng)目設(shè)計(jì)并建設(shè)了氫氣加油站。這個(gè)燃料添加系統(tǒng)包括接收、儲(chǔ)存、壓縮和氣化液氫的燃料準(zhǔn)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(dòng)的超壓關(guān)閉開關(guān)和減壓閥門。為確保公共汽車不發(fā)生移動(dòng)，輪胎要固定在凹槽中，而且司機(jī)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(guān)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(yùn)行良好。項(xiàng)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(qū)動(dòng)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(jìn)入了燃料電池載客汽車市場。致力于燃料電池技術(shù)商業(yè)化的獨(dú)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?！蓖ㄓ闷嚬疽呀?jīng)在燃料電池用于運(yùn)輸用途進(jìn)行了幾十年的工作。但是Zafira面包車使這一概念成為入門關(guān)注的焦點(diǎn)。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(zhuǎn)化的氫氣為燃料的50千瓦質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動(dòng)。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(dāng)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，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(jì)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

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202-785-9529，網(wǎng)

址

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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(shù)進(jìn)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(guān)系。自8月份來說，兩家汽車公司已經(jīng)在德國和日本進(jìn)行了工作級會(huì)談。根據(jù)日本的消息，兩家公司在環(huán)境問題將是引導(dǎo)未來全球汽車市場的決定因素方面持有一致意見。預(yù)計(jì)這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)將有助于為汽車生產(chǎn)建立與環(huán)境相關(guān)的技術(shù)的全球標(biāo)準(zhǔn)。兩家公司研究了讓通用汽車公司加入?yún)f(xié)議的計(jì)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(dòng)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(jì)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(dòng)力電動(dòng)汽車和低排放直燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。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(dòng)汽車，這將使戴姆勒-奔馳公司與豐田公司進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)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(jìn)行的以丙烷為燃料的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)項(xiàng)目。H Power公司首席執(zhí)行官H.Frank Gibbard說：“我們非常高興國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所能夠認(rèn)識到我們的建議可以應(yīng)用于很多用途，并作出回應(yīng)?！?“在國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所的先進(jìn)技術(shù)計(jì)劃下，H Power公司和Epyx/Arthur D.Little 有限公司將開發(fā)以廉價(jià)并容易獲得的丙烷為燃料驅(qū)動(dòng)燃料電池的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化。”為替代通訊應(yīng)用中的充電電池和其它動(dòng)力來源，H 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(yù)計(jì)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(dòng)燃料電池在其它方面的應(yīng)用，包括緊急動(dòng)力設(shè)備、小型海陸車輛推進(jìn)系統(tǒng)和手提式發(fā)電機(jī)。(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(jì)劃使用其豪華汽車－卡迪拉克牌轎車來開發(fā)技術(shù)先進(jìn)而且有利于環(huán)保的動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)是被考慮的先進(jìn)技術(shù)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?qū)Τ杀静缓荜P(guān)心的消費(fèi)者介紹可以降低對汽油的依賴程度的高技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)。通用公司認(rèn)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(jià)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(jìn)技術(shù)而支付稍多的費(fèi)用。燃料電池把氫氣轉(zhuǎn)化為電能來驅(qū)動(dòng)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(jì)劃在2005年以前實(shí)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(jì)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(qū)動(dòng)的汽車。燃料電池由加拿大的Ballard動(dòng)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(yīng)用開發(fā)的技術(shù)。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(qū)動(dòng)。(FINANCIAL TIMES: 7/30)12

第二篇：燃料電池材料及其儲(chǔ)能技術(shù)

燃料電池材料及其儲(chǔ)能技術(shù)

姓名：李浩杰

學(xué)號：2014050101018

摘要：出于對環(huán)境友好、高轉(zhuǎn)換效率、高功率、高能量密度的能源技術(shù)的需求，世界各國紛紛開展對于性能優(yōu)良的燃料電池的研究。其研究重點(diǎn)主要集中在四個(gè)方面：電解質(zhì)膜、電極、燃料、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中又以前三個(gè)為熱點(diǎn)。目前，由于在燃料大規(guī)模制備上的困難以及其在工作時(shí)需要的一些昂貴的貴金屬，燃料電池大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用受到一定限制。關(guān)鍵字：燃料電池、電解質(zhì)膜、儲(chǔ)能

一、燃料電池原理

燃料電池是一種使用燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的裝臵。所用的燃料主要包括氫氣、甲醇、乙醇、天然氣、汽油以及一些含氫有機(jī)物。氫氣可以直接作為燃料電池的燃料，其他氣體一般需要處理為含氫氣的重整氣。由于其燃料來源廣泛，發(fā)電后產(chǎn)生純水和熱，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%~90%，對環(huán)境無污染，所以廣泛受到各國科學(xué)家的關(guān)注，被認(rèn)為是繼火電、水電、核電之后的第四代發(fā)電方式。

燃料電池的工作原理圖如上所示。在陽極，氫氣與堿中氫氧根的在電催化劑的作用下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成水和電子：

電子通過外電路到達(dá)陰極，在陰極電催化劑的作用下，參與氧的還原反應(yīng)：

生成的氫氧根通過多孔石棉膜遷移到氫電極。

為保持電池連續(xù)工作，除需與電池消耗氫氣、氧氣等速地供應(yīng)氫氣和氧氣外，還需連續(xù)、等速地從陽極（氫電極）排出電池反應(yīng)生成的水，以維持電解液濃度的恒定；排除電池反應(yīng)的廢熱以維持電池工作溫度的恒定。

容易看出，與其他電池相比，燃料電池內(nèi)部并不儲(chǔ)能，它只是高效地將從外部源源不斷通入的燃料轉(zhuǎn)換成電能，所以，它更像是一個(gè)微型的發(fā)電站。

二、燃料電池發(fā)展歷程

1、國外

1839年，格羅夫發(fā)表世界上第一篇關(guān)于燃料電池的報(bào)告。初期的燃料電池使用氣體為氧化劑和燃料，但因?yàn)闅怏w在電解質(zhì)溶液中溶解度很小，導(dǎo)致電池的工作電流密度極低。后來，多孔氣體擴(kuò)散電極和電化學(xué)反應(yīng)三相界面概念的提出以及實(shí)際材料的突破，使燃料電池具備了走向?qū)嵱没谋貍錀l件。

60年代，由于載人航天器對于大功率、高比功率與高比能量電池的迫切需求，燃料電池開始引起一些國家與軍工部門的高度重視。其典型成果為阿波羅登月飛船上的主電源—培根型中溫氫氧燃料電池。

70~80 年代，由于出現(xiàn)世界性的能源危機(jī)和燃料電池在航天上成功應(yīng)用及其高的能量轉(zhuǎn)化效率，促使世界上以美國為首的發(fā)達(dá)國家大力支持民用燃料電池的開發(fā)，進(jìn)而使磷酸型及熔融碳酸鹽型燃料電池發(fā)展到兆瓦級試驗(yàn)電站的階段。

20世紀(jì)90年代以來，出于可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)地球、造福子孫后代等目的，基于質(zhì)子交換膜的燃料電池開始高度發(fā)展。特別是在電動(dòng)車行業(yè)，世界上所有的大汽車公司與石油公司均已介入燃料電池汽車的開發(fā)。

總的來說，燃料電池主要經(jīng)歷了經(jīng)歷了第1代堿性燃料電池（AFC），第2代磷酸燃料電池（PAFC），第3代熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）后，在20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起了新型固體氧化物燃料電池(SOFC)。

2、國內(nèi)

中國燃料電池的研究始于1958年。

1970年前后,開始了燃料電池產(chǎn)品開發(fā)工作并在70年代形成了燃料電池產(chǎn)品的研制高潮。主要開發(fā)項(xiàng)目是由國家投資的航天用堿性氫氧燃料電池,該產(chǎn)品的研制目標(biāo)是為了配合中國航天技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的一個(gè)項(xiàng)目。

到70年代末,由于總體計(jì)劃的變更而中止。但與該項(xiàng)計(jì)劃實(shí)施的同時(shí),一些由地方政府投資與使用部門合作的應(yīng)用堿性燃料電池項(xiàng)目也進(jìn)行了開發(fā)，只是尚未形成應(yīng)用。

80年代初、中期,中國燃料電池的研究及開發(fā)工作處于低潮。

進(jìn)入90年代以來,在國外先進(jìn)國家燃料電池技術(shù)取得巨大進(jìn)展,一些產(chǎn)品已進(jìn)入準(zhǔn)商品化階段的形勢影響下,中國又一次掀起了燃料電池研究開發(fā)熱潮。

三、幾種燃料電池簡介

1、分類

（1）按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理可分為酸性燃料電池和堿性燃料電池。

（2）按電解質(zhì)的種類不同，燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池等。在燃料電池中，磷酸燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池可以冷起動(dòng)和快起動(dòng)，可以作為移動(dòng)電源，滿足特殊情況的使用要求，更加具有競爭力。

（3）按燃料類型分，有氫氣、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然氣等氣體燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有機(jī)液體燃料。有機(jī)液體燃料和氣體燃料必須經(jīng)過重整器“重整”為氫氣后，才能成為燃料電池的燃料。（4）按燃料電池工作溫度分，有低溫型，工作溫度低于200℃；中溫型，工作溫度為200～750℃；高溫型，工作溫度高于750℃。

上圖為幾種常見燃料電池各種性能，應(yīng)用環(huán)境的簡單對比，現(xiàn)主要以電解質(zhì)分類形式介紹幾種常見的燃料電池。

2、質(zhì)子交換膜燃料電池

質(zhì)子交換膜燃料電池是最接近商業(yè)化的一種燃料電池，最有希望作為未來電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)。在各種燃料電池中，它的工作溫度是最低的，也是目前發(fā)展規(guī)模最大的一種。

上圖為典型的單結(jié)質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)。由質(zhì)子交換膜、催化層、氣體擴(kuò)散層、密封圈、雙極板等關(guān)鍵部件組成。通常以全氟磺酸型質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)膜，用Pt/C或者PtRu/C作為催化劑。以陰陽極催化劑層和電解質(zhì)膜所組成的三合一組件統(tǒng)稱為膜電極，是 它的核心部件。

實(shí)際應(yīng)用的燃料電池電站是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，它包括燃料供應(yīng)、氧化劑供應(yīng)、電池反應(yīng)、水熱管理等多個(gè)子系統(tǒng)。

它的工作原理是是氫氣和氧化劑分別由燃料電池的陽極和陰極流道進(jìn)入電池內(nèi)部，經(jīng)過氣體擴(kuò)散層后到達(dá)電極催化層。陽極側(cè)的氫氣在催化劑的作用下，解離成氫離子和電子，氫離子穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極側(cè)，電子則經(jīng)過外電路形成電流后到達(dá)陰極；在陰極催化劑的作用下，氧氣接受質(zhì)子和電子生成水分子，在整個(gè)過程中，外電路的電子流動(dòng)形成電流。

目前限制質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)入商業(yè)化的最主要原因是成本和壽命兩大問題，尋找和開發(fā)新型材料成為解決這兩大問題、推進(jìn)商業(yè)化進(jìn)程的必然選擇，也是質(zhì)子交換膜燃料電池近些年來的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

3、熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）在高溫下工作（約 650℃），可以利用排氣余熱和燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電，發(fā)電效率通常高達(dá)50%以上，,可用多種燃料(如天然氣和煤)，不需要用鉑等貴重金屬作為催化劑，有望應(yīng)用到中心電站，工業(yè)化或商業(yè)化聯(lián)合發(fā)電，是目前燃料電池研究的主流之一，上圖為平板式熔融碳酸鹽燃料電池單體結(jié)構(gòu)示意。它由電極-電解質(zhì)、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成。目前,MCFC的主要技術(shù)問題已經(jīng)基本解決。美國、日本等正在進(jìn)行十萬瓦和兆瓦級的實(shí)用演示試驗(yàn),預(yù)計(jì)距商業(yè)化為期不遠(yuǎn)。

4、固體氧化物燃料電池

固體氧化物燃料電池是20世紀(jì)八九十年代燃料電池研究的成果，該燃料電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)。比如避免了使用液態(tài)電解質(zhì)所帶來的腐蝕和電解質(zhì)流失等問題，反應(yīng)迅速，無須貴金屬催化劑，能量利用率高達(dá)80%以上，燃料廣泛，可以承受較高濃度的硫化物和CO的毒害，因此對電極的要求大大降低。基于此，目前世界各國都在積極投入SOFC技術(shù)的研發(fā)。

上圖為固體氧化物燃料電池的工作原理圖。它主要由陰極、陽極、電解質(zhì)和連接材料組 成。在陽極和陰極分別送入還原、氧化氣體后，氧氣在多孔的陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，生成氧負(fù)離子。氧負(fù)離子在電解質(zhì)中通過氧離子空位和氧離子之間的換位躍遷達(dá)到陽極，然后與燃料反應(yīng)，生成水和二氧化碳，因而形成了帶電離子的定向流動(dòng)。

四、燃料電池的應(yīng)用

1、航天領(lǐng)域

早在上個(gè)世紀(jì)60年代，燃料電池就成功地應(yīng)用于航天技術(shù)，這種輕質(zhì)、高效的動(dòng)力源一直是美國航天技術(shù)的首選。比如，以燃料電池為動(dòng)力的 Gemini宇宙飛船1965年研制成功，采用的是聚苯乙烯磺酸膜，完成了8天的飛行。后來在Apollo宇宙飛船采用了堿性電解質(zhì)燃料電池，從此開啟了燃料電池航天應(yīng)用的新紀(jì)元。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所早在70年代就成功研制了以航天應(yīng)用為背景的堿性燃料電池系統(tǒng)。A型額定功率為 500 W，B型額定功率為 300 W，燃料分別采用氫氣和肼在線分解氫，整個(gè)系統(tǒng)均經(jīng)過環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)，接近實(shí)際應(yīng)用。這一航天用燃料電池研制成果為我國此后燃料電池在航天領(lǐng)域應(yīng)用奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

2、潛艇

燃料電池作為潛艇AIP動(dòng)力源，從2002年第一艘燃料電池AIP潛艇下水至今已經(jīng)有6艘在役。FC-AIP 潛艇具有續(xù)航時(shí)間長、安靜、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，通常柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的潛艇水下一次潛航時(shí)間僅為 2天，而FC-AIP潛艇一次潛航時(shí)間可達(dá)3周。

3、電動(dòng)汽車

隨著汽車保有量的增加，傳統(tǒng)燃油內(nèi)燃機(jī)汽車造成的環(huán)境污染日益加劇，同時(shí)，也面臨著對石油的依存度日益增加的嚴(yán)重問題．燃料電池作為汽車動(dòng)力源是解決因汽車而產(chǎn)生的環(huán)境、能源問題的可行方案之一。燃料電池汽車示范在國內(nèi)外不斷興起，較著名的是歐洲城市清潔交通示范項(xiàng)目。

4、固定式分散電站

污染重、能效低一直是困擾火力發(fā)電的核心問題，燃料電池作為低碳、減排的清潔發(fā)電技術(shù)，受到國內(nèi)外的普遍重視。比如PAFC電站的代表性開發(fā)商UTC Power 公司已經(jīng)開發(fā)出了400 k W 磷酸燃料電池發(fā)電系統(tǒng)；PEMFC電站的代表性開發(fā)商Ballard 公司開發(fā)出了 250 k W ～ 1 MW的示范電站。

第三篇：燃料電池的發(fā)電技術(shù)

新型材料及其應(yīng)用論文--《燃料電池發(fā)電技術(shù)》

燃料電池發(fā)電技術(shù)

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

關(guān)鍵詞：燃料電池，發(fā)電

引言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對能源的依賴越來越嚴(yán)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(yù)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(shù)，越來越多的國家和地區(qū)投入更多的資金對其進(jìn)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)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(zhì)子交換膜燃料電池，由于燃料價(jià)格便宜，加上對人體無化學(xué)危險(xiǎn)、對環(huán)境無害，發(fā)電后產(chǎn)生純水和熱，20世紀(jì)60年代應(yīng)用在美國軍方，后于1965年應(yīng)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(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)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(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)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(yīng)原理 這個(gè)反映是電觧水的逆過程。電極應(yīng)為： 負(fù)極：H2 +2OH-→2H2O +2e-

正極：1/2O2 +H2O+ 2e-→2OH-

電池反應(yīng)：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(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）——采用極薄的塑料薄膜作為其電解質(zhì)。

磷酸燃料電池（PAFC）——采用200℃高溫下的磷酸作為其電解質(zhì)。

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(zhì)

二：燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能，直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。當(dāng)源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時(shí)，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(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(huì)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(gè)絕熱過程和兩個(gè)等溫過程構(gòu)成的循環(huán)過程）的限制，能量轉(zhuǎn)換效率高。燃料電池除可發(fā)電外，還可作為電動(dòng)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(yīng) 新型材料及其應(yīng)用論文--《燃料電池發(fā)電技術(shù)》

用中發(fā)現(xiàn)：質(zhì)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(xué)反應(yīng)連續(xù)地把燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高（一般都在40-50％，而內(nèi)燃機(jī)僅為18％-24％）、無污染、啟動(dòng)快、電池壽命長、比功率、比能量高等優(yōu)點(diǎn)。

1.磷酸燃料電池(PAFC)發(fā)電技術(shù)

磷酸型燃料電池由多節(jié)單電池按壓濾機(jī)方式組裝以構(gòu)成電池組。

堿性燃料電池在載人航天飛行中的成功應(yīng)用，證明了按電化學(xué)方式直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(zhì)的磷酸型氫氧燃料電池首先取得突破。至今，其技術(shù)獲得了高度發(fā)展，已進(jìn)行了規(guī)模為11000kW~4500kW的電站試驗(yàn)，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(yùn)行，運(yùn)行試驗(yàn)證明，這種燃料電池分散電站的運(yùn)行高度可靠，可作為不間斷電源應(yīng)用，其熱電效率達(dá)40%，熱電聯(lián)產(chǎn)時(shí)其燃料的利用率達(dá)60% ~70%。

圖2 PAFC的反應(yīng)原理

目前氫的貯存與運(yùn)輸均有不少技術(shù)問題需待解決，各國正在積極進(jìn)行攻關(guān)研究一旦這一系列的技術(shù)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(shí)，則需經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程，例如煤的氣化，天然氣或汽油的蒸氣轉(zhuǎn)化等，通過這些方法將礦物燃料先轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xué)電源如鉛酸蓄電池大，所以，當(dāng)輸出電流變化時(shí)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(gè)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(yīng)是一個(gè)能夠自動(dòng)運(yùn)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(yīng)，電池廢熱的排出，反應(yīng)生成水的回收等均需進(jìn)行控制與管理，再加上還需對電力輸出逆變進(jìn)行控制與管理等，所有這些必須齊備才能構(gòu)成一個(gè)完整的燃料電池系統(tǒng)。

新型材料及其應(yīng)用論文--《燃料電池發(fā)電技術(shù)》

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

質(zhì)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(zhì)構(gòu)成。其工作原理如圖4所示，當(dāng)分別向陽極和陰極供給氫氣與氧氣時(shí)，進(jìn)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(zhì)轉(zhuǎn)移到陰極，電子經(jīng)外電路負(fù)載流向陰極，氫離子與陰極的氧原子及電子結(jié)合成水分子，因此 PEMFC的電化學(xué)反應(yīng)為：

圖4 PEMFC的反應(yīng)原理

(1)原料來源廣泛，通過對石油，天燃?xì)?，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(jié)合的純水。(3)無燥音，其發(fā)電過程是電化學(xué)反應(yīng)過程，沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以沒有噪音。(4)能源轉(zhuǎn)換效率高，因其工作溫度低，能耗少，能源轉(zhuǎn)換效率理論上可高達(dá)。

欲使PEMFC依負(fù)荷的變化，長時(shí)間穩(wěn)定的向負(fù)載提供電能，必須給電池組配置以下4個(gè)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(gòu)成一個(gè)實(shí)用化的，完整的PEMFC發(fā)電系統(tǒng)。如圖5

圖5 質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖

新型材料及其應(yīng)用論文--《燃料電池發(fā)電技術(shù)》

3.熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)發(fā)電技術(shù)

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(zhì)，富氫燃料天然氣甲烷煤氣等轉(zhuǎn)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(jià)值高，點(diǎn)催化劑以鎳為主，無需使用貴金屬，發(fā)電效率高。MCFC的反應(yīng)原理如圖

圖6 MCFC的反應(yīng)原理

MCFC單電池是由陰極、電解質(zhì)、電解質(zhì)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(qiáng)度高、耐高溫熔鹽腐蝕、浸入熔鹽電解質(zhì)后能夠阻擋氣體通過，并且有良好的離子導(dǎo)電性能（MCFC的導(dǎo)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(yàn)，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(shè)計(jì)的單電池堆出力達(dá)到250 kW并進(jìn)入商業(yè)化。2005年，兆瓦級的MCFC進(jìn)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(shè)備，1997年1MW MCFC電站在日本川越火電廠投運(yùn)。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(jì)90年代建成相關(guān)的試驗(yàn)電站。我國于1991年由原電力工業(yè)部哈爾濱電站成套設(shè)備研究所研制出由7個(gè)MCFC單電池組成的電池組，上海交通大學(xué)和大連化學(xué)物理研究所都于2001年完成了1 kwMCFC電站的試驗(yàn)。

MCFC試驗(yàn)電站的建成和運(yùn)行為MCFC商業(yè)化提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)，各國的科學(xué)家正在研究改進(jìn)MCFC的關(guān)鍵材料和技術(shù)應(yīng)用。

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

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(zhì)，天然氣、氣化煤氣、碳?xì)浠衔餅槿剂希鯕鉃檠趸瘎９虘B(tài)氧化釔、氧化鋯電解質(zhì)在高溫下有很強(qiáng)的離子傳導(dǎo)功能，能夠傳導(dǎo)02～，電解質(zhì)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(zhì)傳輸?shù)疥枠O，在陽極與氫氣(或一氧化碳)發(fā)生反應(yīng)。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(zhuǎn)化方式中，SOFC的轉(zhuǎn)換效率是最高的，其反應(yīng)原理如圖

新型材料及其應(yīng)用論文--《燃料電池發(fā)電技術(shù)》

圖7 SOFC的反應(yīng)原理

從原理與結(jié)構(gòu)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(diǎn)，而且還具有以下突出優(yōu)點(diǎn)

固體氧化物燃料電池是全固體結(jié)構(gòu)，無使用液體電解質(zhì)帶來的腐蝕和電解液流失問題，可望實(shí)現(xiàn)長壽命運(yùn)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?xì)浠衔镒魅剂?，簡化了電池系統(tǒng)，固體氧化物燃料電池排出的高質(zhì)量余熱可與燃?xì)?，蒸汽輪機(jī)等構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，會(huì)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(shù)的難點(diǎn)也源于它的高工作溫度，電池的關(guān)鍵部件陽極隔膜，陰極和聯(lián)結(jié)材料等在電池的工作條件下必須具備化學(xué)與熱的相容性，即在電池工作條件下，電 新型材料及其應(yīng)用論文--《燃料電池發(fā)電技術(shù)》

池構(gòu)成材料間不但不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且其熱膨脹系數(shù)也應(yīng)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?xì)?，蒸汽輪機(jī)構(gòu)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(yīng)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(shù)提高到事關(guān)“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(yán)重；同時(shí)，近年來我國由于自然災(zāi)害或人為因素導(dǎo)致的大面積停電事故，給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(zhì)量將會(huì)大大改善。分布式電源作為我國大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充，如果能夠得到較快的發(fā)展，電網(wǎng)抵御各種災(zāi)害的能力將會(huì)有很大提高。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，備用電源需求日益增大，如移動(dòng)通信機(jī)站、軍用移動(dòng)指揮系統(tǒng)、野外醫(yī)療中心、固定或移動(dòng)辦公設(shè)施等的備用電源，需要配備技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性好的備用電源，而燃料電池中的PEMFC剛好能實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shù)與發(fā)達(dá)國家如美國、加拿大、日本等相距甚遠(yuǎn)。我國要發(fā)展燃料電池技術(shù)，需要引進(jìn)、消化及吸收國外先進(jìn)技術(shù)，加快完成技術(shù)革新。

四：結(jié)束語

燃料電池作為高效、清潔、友好的新能源技術(shù)，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(shù)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(shù)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(huì)起到越來越重要的作用。

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第四篇：微生物燃料電池講稿

大家好，大家一想到細(xì)菌可能會(huì)覺得不舒服，但是隨著生物技術(shù)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(guān)于微生物發(fā)電方面，即利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)燃料能直接轉(zhuǎn)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(gè)部分，首先是細(xì)菌發(fā)電的技術(shù)原理，（以電池為例）

一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)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(jìn)行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過質(zhì)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(zhì)子結(jié)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(jié)構(gòu)為陰極池和陽極池。根據(jù)陰極池結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)子交換膜。直接型MFC 采用的產(chǎn)電細(xì)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(jié)構(gòu)圖，這一張圖上大家可以看到細(xì)菌在這個(gè)流程中的作用。

但是細(xì)菌并不是只有靠著電極才可以發(fā)電，但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有些可以產(chǎn)生電流的細(xì)胞如地桿菌在細(xì)胞外長有長長的、纖細(xì)的絲。試驗(yàn)證明細(xì)菌的這些細(xì)長的絲是它們純天然的“電線”，實(shí)現(xiàn)細(xì)菌遠(yuǎn)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(dāng)細(xì)菌發(fā)電的原料。細(xì)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(jī)物的水解物來替代，也可以利用分解化學(xué)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(xì)菌來發(fā)電。科學(xué)家們破解了這種能吞噬金屬的地下細(xì)菌的基因圖譜，稱它有100多個(gè)基因能夠使金屬發(fā)生化學(xué)變化，使之產(chǎn)生電能。這種地下細(xì)菌的基因組中有100個(gè)或更多的基因，能編碼不同的C型細(xì)胞色素，還具有能來回移動(dòng)電子的蛋白質(zhì)。這種細(xì)菌能在深層地下水中產(chǎn)生電能，這比先前預(yù)計(jì)的清潔環(huán)境的用處更大。

有機(jī)污水，利用生活污水發(fā)電設(shè)備也可以發(fā)電，它是利用在淡水池塘中常見的一種細(xì)菌來連續(xù)發(fā)電的。這種細(xì)菌不僅能分解有機(jī)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(xué)家說，利用這種污水發(fā)電機(jī)，將會(huì)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(jī)化合物的細(xì)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(dòng)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(xué)家伽凡尼在青蛙腿上發(fā)現(xiàn)了“動(dòng)物電” , 從而把電與代謝過程聯(lián)系了起來。

1910年英國植物學(xué)家馬克?皮特首先發(fā)現(xiàn)有幾種細(xì)菌的培養(yǎng)液能夠產(chǎn)生電流。于是他以鉑作電極，放進(jìn)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(gè)細(xì)菌電池。波特爾直覺地認(rèn)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(dāng)時(shí)僅僅屬于想象的代謝過程的生化原理來解釋他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但當(dāng)時(shí)的科學(xué)界并沒有因此而畏縮不前。后來, 微生物學(xué)家和酶學(xué)象南明了細(xì)菌中的酶是如何氧化其食物的。那時(shí)波特爾的微生物燃料電池己基本被遺忘了。

1913年，劍橋大學(xué)的柯恩復(fù)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(jì)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(jì)劃, 如把有機(jī)垃圾轉(zhuǎn)化為電流的方法。

直到宇航世紀(jì)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(xué)家設(shè)計(jì)出一種太空飛船使用的細(xì)菌電池，其電極的活性物質(zhì)是宇航員的尿液和活細(xì)菌。不過，那時(shí)的細(xì)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(shù)的應(yīng)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(shù)還可用于生物修復(fù),例如在有高濃度有機(jī)物污染的地點(diǎn)(如石油污染),可置入MFC陽極完成對有機(jī)物的氧化。

應(yīng)用領(lǐng)域，替代能源，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)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(fèi)急劇增加。這不僅使世界能源供應(yīng)面臨嚴(yán)重危機(jī)，而且二氧化碳的過度排放導(dǎo)致全球氣候變暖，對人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。微生物發(fā)電細(xì)菌工藝也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等對空氣造成污染的物質(zhì)，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(zhuǎn)化成化學(xué)物質(zhì)時(shí)，即可產(chǎn)生電荷。科學(xué)家們利用它們制造出一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)性太陽能細(xì)菌電池，結(jié)果證明是可以用嗜鹽性細(xì)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(xì)菌為人類供電已不是遙遠(yuǎn)的設(shè)想，而是不久的現(xiàn)實(shí)。

污水處理，以有機(jī)污水為燃料、回收利用污水中有機(jī)質(zhì)的化學(xué)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(zhì)的監(jiān)測結(jié)果使研究人員對以MFC 工作原理為基礎(chǔ)，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(dá)到80%。值得注意的是,MFC 在厭氧降解有機(jī)物的同時(shí)，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(dá)到與一般厭氧過程同樣的效果，但MFC 不會(huì)使污水水質(zhì)發(fā)生酸化，也不會(huì)產(chǎn)生具有爆炸性的危險(xiǎn)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(jià)污水中可生化降解的有機(jī)物含量，但由于傳統(tǒng)的BOD測定方法需要5天的時(shí)間，因此,出現(xiàn)了大量關(guān)于BOD 傳感器的研究,以MFC 工作原理為基礎(chǔ)的BOD傳感器的研究也是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。利用MFC 工作原理開發(fā)新型BOD傳感器的關(guān)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(guān)系;2電池電流對污水濃度的響應(yīng)速度較快;3有較好的重復(fù)性。

惡劣環(huán)境能量供應(yīng)，細(xì)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(xiàng)技術(shù)為監(jiān)視過往船只及潛艇的水下擴(kuò)音器和聲吶提供動(dòng)力。通過這項(xiàng)技術(shù)，動(dòng)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(yuǎn)地區(qū)的人帶來幫助。

航天領(lǐng)域，飛向宇宙是技術(shù)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(shí)間。粗略估算，在此期間，6名宇航員將會(huì)“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(xué)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(xué)家們對這種技術(shù)的展望了，實(shí)現(xiàn)微生物的大規(guī)模發(fā)電，應(yīng)對能源危機(jī)，也可以降低國家對產(chǎn)油國的依賴。食物喂養(yǎng)機(jī)器人，可以最大限度的放開機(jī)器人的自主權(quán)，未來的微型機(jī)器人行星探險(xiǎn)家將采用有效而可靠的微生物燃料電池，無需科學(xué)家進(jìn)行干預(yù)。

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

第五篇：燃料電池電極材料簡述

燃料電池電極材料簡述

By 小葉好的

摘要

本文分別簡述了五種燃料電池的點(diǎn)擊材料的發(fā)展?fàn)顩r。分別從質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池、熔融鹽燃料電池五種類型分別對電極材料進(jìn)行簡述，并結(jié)合最新的前沿研究對燃料電池電極材料進(jìn)行簡單的論述。關(guān)鍵詞

燃料電池 正極材料 負(fù)極材料 電極 燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。一．質(zhì)子交換膜燃料電池

質(zhì)子交換膜燃料電池是一種燃料電池，在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時(shí)相當(dāng)于一直流電源，其陽極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。

在質(zhì)子交換膜燃料電池中，電解質(zhì)是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸，和質(zhì)子能夠滲透但不導(dǎo)電的NafionTM，而電極基本由碳組成。氫流入燃料電池到達(dá)陽極，裂解成氫離子（質(zhì)子）和電子。氫離子通過電解質(zhì)滲透到陰極，而電子通過外部網(wǎng)路流動(dòng)，提供電力。以空氣形式存在的氧供應(yīng)到陰極，與電子和氫離子結(jié)合形成水。在電極上的這些反應(yīng)如下：

陽極：2H2→ 4H+ + 4e-

陰極：O2 + 4H+ + 4e-→ 2 H2O

整體：2H2 + O2→ 2 H2O + 能量

質(zhì)子交換膜燃料電池的工作溫度約為80℃。在這樣的低溫下，電化學(xué)反應(yīng)能正常地緩慢進(jìn)行，通常用每個(gè)電極上的一層薄的白金進(jìn)行催化。

這種電極/電解質(zhì)裝置通常稱做膜電極裝配（MEA），將其夾在二個(gè)場流板中間便能構(gòu)成燃料電池。這二個(gè)板上都有溝槽，將燃料引導(dǎo)到電極上，也能通過膜電極裝配導(dǎo)電。每個(gè)電池能產(chǎn)生約0.7伏的電，足夠供一個(gè)照明燈泡使用。驅(qū)動(dòng)一輛汽車則需要約300伏的電力。為了得到更高的電壓，將多個(gè)單個(gè)的電池串聯(lián)起來便可形成人們稱做的燃料電池存儲(chǔ)器。

二．固體氧化物燃料電池

固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認(rèn)為是在未來會(huì)與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。廣泛采用陶瓷材料作陰極和陽極電極材料，具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)。陶瓷電解質(zhì)要求中、高溫運(yùn)行（600～1000℃），加快了電池的反應(yīng)進(jìn)行，還可以實(shí)現(xiàn)多種碳?xì)淙剂蠚怏w的內(nèi)部還原，簡化了設(shè)備。

陰極材料目前已經(jīng)有用檸檬酸絡(luò)合法制備超細(xì)的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的固體氧化物燃料電池陰極材料La_(0.7)Sr_(0.2)Co_(0.1)CuO_(3-σ)(LSCC).選用合適的反應(yīng)條件和煅燒溫度制得所需要的材料后,用DSC-TG、XRD、SEM等對粉體進(jìn)行物相測定和形貌觀察;選用不同溫度煅燒前驅(qū)體,得到不同比表面積的粉體材料,通過半干法工藝成型LSCC陰極材料并測試它在不同溫度條件下的電性能.結(jié)果表明,溶膠凝膠-高溫自燃燒法能制備出超細(xì)純相的LSCC陰極材料,且該陰極材料在中溫條件下使用具有良好的導(dǎo)電性能(不低于150 S/cm)和輸出功率(0.85 W/cm~2)和較低的活化能(112.1 kJ/mol).最近,一些具有電子和氧離子混合傳導(dǎo)的A2B2O5型復(fù)合氧化物成為人們研究的熱點(diǎn)材料。這類材料主要包括層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu),如LnBaCo2O5+δ(Ln為稀土元素)、LaBaCuFeO5+δ和YBaCuCoO5+δ等氧化物和鈣鐵石結(jié)構(gòu),如Ca2Fe2O5、La2Co2O5等氧化物[1～3]。由于具有良好的晶體結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的電化學(xué)性能以及較高催化活性,這些氧化物在新材料開發(fā)方面得到了高度的重視[4,5]。有關(guān)A2B2O5型層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物用于SOFC陰極材料的研究最近也有一些報(bào)道,并且表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。Tarancón等報(bào)道了GdBaCo2O5+δ氧化物陰極材料在不同固體電解質(zhì)上的電化學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)測試溫度為700℃時(shí),電極的極化電阻最小值為0.25Ω.cm2。同時(shí),Kim等研究了PrBaCo2O5+δ陰極材料的氧擴(kuò)散及表無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)第25卷面交換性能,結(jié)果顯示,在測試溫度范圍內(nèi)該材料具有很好的氧擴(kuò)散能力;同時(shí),電化學(xué)測試結(jié)果顯示,在較低的測試溫度下(600℃),PrBaCo2O5+δ陰極材料具有較小的極化電阻(0.15Ω.cm2)。

三．磷酸燃料電池

磷酸燃料電池是當(dāng)前商業(yè)化發(fā)展得最快的一種燃料電池。正如其名字所示，這種電池使用液體磷酸為電解質(zhì)，通常位于碳化硅基質(zhì)中。磷酸燃料電池的工作溫度要比質(zhì)子交換膜燃料電池和堿性燃料電池的工作溫度略高，位于150-200℃左右，但仍需電極上的白金催化劑來加速反應(yīng)。其陽極和陰極上的反應(yīng)與質(zhì)子交換膜燃料電池相同，但由于其工作溫度較高，所以其陰極上的反應(yīng)速度要比質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極的速度快。

目前已經(jīng)有ElectroChem電池，其標(biāo)準(zhǔn)電極是使用在碳紙上的10wt %，20wt % Pt/C或30wt% Pt/RU觸媒.我們也有特別訂制的電極可供選擇。但是目前比較成熟的是，正極材料采用磷酸鐵鋰，正極集流體采用鋁箔，導(dǎo)電劑選用超導(dǎo)炭黑、導(dǎo)電石墨的一種或兩種混合物，正極材料粘結(jié)劑選用聚偏二氟乙烯；負(fù)極材料采用天然石墨或人造石墨，負(fù)極集流體采用銅箔，導(dǎo)電劑選用超導(dǎo)炭黑、導(dǎo)電石墨一種或兩種混合物，負(fù)極材料粘結(jié)劑選用聚偏二氟乙烯或羧甲基纖維素納、丁苯橡膠；正極片、負(fù)極片、隔膜經(jīng)多層層疊卷繞制成圓柱形卷芯。本發(fā)明不僅容量大，而且可以大倍率放電。合成方法主要有二步法工藝和膠-凝膠法，二步法工藝先是將含鐵、酸根的原料均勻混合，在較低溫度下合成結(jié)晶程度較好的磷酸鐵鋰；然后將磷酸鐵鋰和復(fù)合導(dǎo)電劑(無機(jī)導(dǎo)電物與含碳導(dǎo)電劑前驅(qū)物)充分混和，在較高溫度下經(jīng)短時(shí)間熱處理即可得到電化學(xué)性能優(yōu)良的正極材料磷酸鐵鋰，獲得的磷酸鐵鋰結(jié)晶性好，其與導(dǎo)電劑的界面作用強(qiáng)，使材料的鋰離子和電子導(dǎo)電率高，并適合用于大倍率充放，本工藝原料為廉價(jià)化工產(chǎn)品，合成工藝簡單，易于規(guī)?；a(chǎn)，添加電子導(dǎo)電劑的方法獨(dú)特，產(chǎn)品材料電化學(xué)性能優(yōu)良。溶膠-凝膠法制備鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的方法。將五氧化二釩粉末加熱到600-900℃，并恒溫1-4h使其熔融后迅速倒入裝有水的容器中形成棕紅色溶液，然后往溶液中加入鋰鹽、磷酸鹽和有機(jī)酸，混合均勻后，在惰性氣體的保護(hù)下于400℃-700℃燒結(jié)5-20h，冷卻后即為成品。

四． 堿性燃料電池

堿性燃料電池一般以碳為電極，并使用氫氧化鉀為電解質(zhì)。堿性燃料電池的電能轉(zhuǎn)換效率為所有燃料電池中最高的，最高可達(dá)70%。

19世紀(jì)60年代初，中溫堿性燃料電池被用于太陽神阿波羅太空飛船，標(biāo)志著燃料電池技術(shù)成為民用。堿性燃料電池在太空飛行中的應(yīng)用獲得成功，因?yàn)榭臻g站的推動(dòng)原料是氫和氧，電池反應(yīng)生成的水經(jīng)過凈化可供宇航員飲用，其供氧分系統(tǒng)還可以與生保系統(tǒng)互為備份，而且對空間環(huán)境不產(chǎn)生污染。

20世紀(jì)90年代以來，眾多汽車生產(chǎn)商都在研究使用低溫燃料電池作為汽車動(dòng)力電池的可行性。由于低溫堿性燃料電池存在易受CO2毒化等缺陷，使其在汽車上的應(yīng)用受到限制，因此，除少數(shù)機(jī)構(gòu)還在研究堿性燃料電池外，大多數(shù)汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)都在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）和直接甲醇燃料電池（DMFC）上尋求突破。然而PEMFC和DMFC都以貴金屬Pt為主催化劑，一旦PEMFC和DMFC達(dá)到真正的批量生產(chǎn)階段，將被迫面臨Pt的匱乏。堿性燃料電池可以不采用貴金屬作催化劑，如果采用CO2過濾器或堿液循環(huán)等手段去除CO2，克服其致命弱點(diǎn)后，用于汽車的堿性燃料電池將具有現(xiàn)實(shí)意義。因此，堿性燃料電池領(lǐng)域近年的研究重點(diǎn)是CO2毒化解決方法和替代貴金屬的催化劑。

最近的研究表明，CO2毒化問題可通過多種方式解決，如通過電化學(xué)方法消除CO2，使用循環(huán)電解質(zhì)、液態(tài)氫，以及開發(fā)先進(jìn)的電極制備技術(shù)等。德國的Gulzow,E.等人2004年研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電極采用特殊方法制備時(shí)，可以在CO2含量較高的條件下正常運(yùn)行而不受毒化。在電極制備中，催化劑材料與PTFE 細(xì)顆粒在高速下混合，粒徑小于1μm的PTFE小顆粒覆蓋在催化劑表面，增加了電極強(qiáng)度，同時(shí)也避免了電極被電解液完全淹沒，減小了碳酸鹽析出堵塞微孔及對電極造成機(jī)械損害的可能性。香港大學(xué)倪萌等人2004年提出使用氨（NH3）作為氫源在堿性燃料電池上使用將具有較好的發(fā)展前景。氨在室溫下僅需8～9MPa就可被液化，不需較高能量消耗，且價(jià)格低，已有比較完善的生產(chǎn)、運(yùn)輸體系。氨具有強(qiáng)烈刺鼻的氣味，其泄漏很容易檢測。氨的爆炸范圍比較小，僅15%～28%（體積比），相對安全。在堿性燃料電池使用中，只需在燃料入口增加一個(gè)重整器，將NH3分解為N2 和H2 即可。NH3的使用為堿性燃料電池的應(yīng)用展開了一片較好的前景。

在替代貴金屬的催化劑方面，近年的研究集中于：如何在非貴金屬催化劑的穩(wěn)定性和電極性能方面取得突破，開發(fā)與貴金屬復(fù)合的多元催化劑，以及提高貴金屬利用率、降低貴金屬負(fù)載量等?；诩{米材料的電催化劑的應(yīng)用研究是該領(lǐng)域近年的發(fā)展方向之一，納米材料具有大比表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性，在強(qiáng)堿液中表現(xiàn)出良好的耐蝕性，碳納米管（CNTs）可作為堿性燃料電池中H2氧化反應(yīng)的催化劑或催化劑載體。2000年，印度的N.Rajalakshmi等人采用直流電弧放電法制備單壁碳納米管，經(jīng)過加熱、純化、濃硝酸處理過后的碳納米管具有類似于金屬氫化物的催化活性。將其與銅粉按比例混合后制備的工作電極的電化學(xué)性能穩(wěn)定、效率較高。2007年，日本汽車商Daihatsu宣布開發(fā)出一款無鉑的堿性燃料電池。該技術(shù)適用于小型、有限范圍的汽車，對性能和耐久性的要求不像大型汽車那么嚴(yán)格，但該技術(shù)還處于初級階段，近期不會(huì)有商業(yè)化產(chǎn)品。

近年來，國際研究者在CO2毒化解決方法和替代貴金屬的催化劑方面取得的研究進(jìn)展，為低溫堿性燃料電池的汽車應(yīng)用創(chuàng)造了可能性。

五． 熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池以熔融堿金屬碳酸鹽的混合物組成低共熔體系作電解質(zhì)，以氧化鎳為正極、鎳為負(fù)極的一種燃料電池。其燃料用氫和一氧化碳，氧化劑為空氣。

1、陽極

MCFC的陽極催化劑最早采用銀和鉑，為降低成本，后來改用了導(dǎo)電性與電催化性能良好的鎳。但鎳被發(fā)現(xiàn)在MCFC的工作溫度與電池組裝力的作用下會(huì)發(fā)生燒結(jié)和蠕變現(xiàn)象，進(jìn)而MCFC采用了Ni-Cr或Ni-Al合金等作陽極的電催化劑。加入2%~10%Cr的目的是防止燒結(jié)，但Ni-Cr陽極易發(fā)生蠕變。另外，Cr還能被電解質(zhì)鋰化，并消耗碳酸鹽，Cr的含量減少會(huì)減少電解質(zhì)的損失，但蠕變將增大。相比之下，Ni-Al陽極蠕變小，電解質(zhì)損失少，蠕變降低是由于合金中生成了。

2、陰極

熔融碳酸鹽燃料電池的陰極催化劑普遍采用氧化鎳。其典型的制備方法是將多孔鎳電極在電池升溫過程中就地氧化，而且部分被鋰化，形成非化學(xué)計(jì)量化合物，電極導(dǎo)電性極大提高。但是，這樣制備的NiO電極會(huì)產(chǎn)生膨脹，向外擠壓電池殼體，破壞殼體與電解質(zhì)基體之間的濕密封。改進(jìn)這一缺陷的方法有以下幾種：

（l）Ni電極先在電池外氧化，再到電池中摻Li;或氧化和摻Li都在電池外進(jìn)行；

（2）直接用NiO粉進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)前摻Li，或在電池中摻Li:

（3）在空氣中燒結(jié)金屬鎳粉，使燒結(jié)和氧化同時(shí)完成；

（4）在Ni電極中放置金屬絲網(wǎng)（或拉網(wǎng)）以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等等。

參考文獻(xiàn)：

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