所屬欄目:化學(xué)論文 發(fā)布日期:2011-08-18 17:05 熱度:
燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動(dòng)力電源,一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料,作為負(fù)極,用空氣中的氧作為正極.和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質(zhì)是預(yù)先放在入的,因而電池容量取決于貯存的活性物質(zhì)的量;而燃料電池的活性物質(zhì)(燃料和氧化劑)是在反應(yīng)的同時(shí)源源不斷地輸入的,因此,這類電池實(shí)際上只是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。這類電池具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點(diǎn),但由于成本高,系統(tǒng)比較復(fù)雜,僅限于一些特殊用途,如飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面。
燃料電池的特點(diǎn)
(1)能量轉(zhuǎn)化效率高。效率高達(dá)50%一60%,通過(guò)對(duì)余熱的二次利用,總效率可高達(dá)80%一85%。
(2)無(wú)污染,可實(shí)現(xiàn)零排放。工作過(guò)程的唯一產(chǎn)物是水。
(3)效率隨輸出變化的特性好。部分功率下運(yùn)行效率可達(dá)60%,短時(shí)過(guò)載能力可達(dá)到200%的額定功率。
(4)運(yùn)行噪聲低,可靠性高。無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,工作時(shí)僅有氣體和水的流動(dòng)。
(5)構(gòu)造簡(jiǎn)單,便于維護(hù)保養(yǎng)。模塊化結(jié)構(gòu),組裝和維護(hù)方便;沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件,磨損之類故障少。
(6)燃料(氫氣)來(lái)源廣泛。制備方法多樣,可通過(guò)石油、甲醇等重整制氫,也可通過(guò)電解水、生物制氫等方法獲取氫氣。
(7)燃料補(bǔ)充方便。可以采用甲醇等液體為燃料,利用現(xiàn)有的加油站系統(tǒng),采用與汽車加油大體相同的燃料補(bǔ)充方式短時(shí)間內(nèi)完成燃料的補(bǔ)充。
(8)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。它的功率密度高、過(guò)載能力大、可不依賴空氣,因此可兩棲使用,適應(yīng)多種環(huán)境及氣候條件。
燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀
在日本,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省前幾年就對(duì)燃料電池汽車開發(fā)與推廣制定了時(shí)間表,其戰(zhàn)略目標(biāo)是:到2010年,日本使用的燃料電池汽車達(dá)到5萬(wàn)輛;2020年達(dá)到500萬(wàn)輛;到2030年,要全面普及燃料電池汽車。近期,日本又計(jì)劃在5年內(nèi)斥資2090億日元開發(fā)以天然氣為原料的液體合成燃料技術(shù)、車用電池,以及氫燃料電池科技。
在美國(guó),燃料電池電動(dòng)車曾被美國(guó)前總統(tǒng)布什作為“氫經(jīng)濟(jì)”論的“法寶”大肆宣傳,但2006年2月他已改變了腔調(diào),承認(rèn)燃料電池電動(dòng)車“不是近期的解決方法,也不是中期的解決方法,而確實(shí)是遠(yuǎn)期的方法”。在布什第二任總統(tǒng)任期的后3年里,“氫經(jīng)濟(jì)”論在美國(guó)已氣息奄奄,燃料電池的研發(fā)重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向了基礎(chǔ)性研究。2009年5月,美國(guó)政府正式宣布停止支持燃料電池電動(dòng)車的研發(fā)。
在歐洲,歐盟2008年夏天決定斥資10億歐元用于燃料電池和氫能源的研究和發(fā)展。歐盟此舉旨在把燃料電池和氫能源技術(shù)發(fā)展成為能源領(lǐng)域的一項(xiàng)戰(zhàn)略高新技術(shù),使歐盟在燃料電池和氫能源技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位,歐盟將力爭(zhēng)在2020年前建立一個(gè)燃料電池和氫能源的龐大市場(chǎng)。
汽車業(yè)界普遍認(rèn)同的一個(gè)觀點(diǎn)是,燃料電池技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)最好的替代物,代表了汽車未來(lái)的發(fā)展方向。但如果將發(fā)展燃料電池汽車的幾個(gè)制約因素考慮進(jìn)來(lái),則會(huì)發(fā)現(xiàn)燃料電池汽車目前和今后一段時(shí)問(wèn)尚不具備商業(yè)化的條件。最樂(lè)觀的預(yù)測(cè),以純氫為燃料的燃料電池汽車的商業(yè)化生產(chǎn)至少還需15年以上的時(shí)問(wèn),即使在一定程度上實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,也會(huì)是以一種高成本的方式。
燃料電池發(fā)展前景
燃料電池的特點(diǎn)決定了它具有廣闊的應(yīng)用前景。首先,它可以用作小型發(fā)電設(shè)備;其次,作為長(zhǎng)效的“電池”;三是電動(dòng)汽車上的應(yīng)用。
燃料電池首先用作發(fā)電設(shè)備,是因?yàn)槠鋬r(jià)格有可能與一般的發(fā)電設(shè)備相競(jìng)爭(zhēng)。但燃料電池在電動(dòng)汽車上的商業(yè)應(yīng)用前景是遠(yuǎn)期的,因?yàn)槠囆枰氖前l(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)的價(jià)格遠(yuǎn)比燃料電池要便宜,因此在短期內(nèi),燃料電池汽車在價(jià)格上難以與其他汽車相競(jìng)爭(zhēng)。現(xiàn)在燃料電池研究與開發(fā)集中在四大技術(shù)方面:(1)電解質(zhì)膜;(2)電極;(3)燃料;(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。日美歐各廠家開發(fā)面向便攜電子設(shè)備的燃料電池,尤其重視(1)~(3)方面的材料研究與開發(fā)。第四方面的研究課題是燃料電池的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),前三個(gè)方面是構(gòu)成燃料電池的必要準(zhǔn)備,而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是燃料電池的最終結(jié)果
固體氧化物燃料電池的開發(fā)研究以及商業(yè)化,是解決世界節(jié)能和環(huán)保的重要手段,受到了世界許多國(guó)家的普遍重視,包括美國(guó)、歐洲、日本、澳大利來(lái)、韓國(guó)等。盡管固體氧化物燃料還存在一些問(wèn)題,如電極材料、制造成本、操作溫度過(guò)高等等問(wèn)題,但是瑕不掩瑜,加快固體氧化物燃料電池發(fā)展必然是世界發(fā)展的總趨勢(shì)。降低電池操作溫度和微型化是固體氧化物燃料電池(SOFC)的發(fā)展趨勢(shì)。其關(guān)鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發(fā)展的瓶頸。應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有:a)高性能電極材料及其制備技術(shù);b)新型電解質(zhì)材料及電極支撐電解質(zhì)隔膜的制備技術(shù);c)電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其制備技術(shù);d)電池的結(jié)構(gòu)、性能與表征的研究。隨著燃料電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,必將能夠加快我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與可持續(xù)化發(fā)展步伐。
燃料電池的出現(xiàn)與發(fā)展,將會(huì)給便攜式電子設(shè)備帶來(lái)一場(chǎng)深刻的革命,并且還會(huì)波及到汽車業(yè),住宅,以及社會(huì)各方面的集中供電系統(tǒng)。在21世紀(jì)中它將會(huì)把人類由集中供電帶進(jìn)一種分散供電的新時(shí)代。因?yàn)樘?yáng)能供電雖然能替代部分能源,但它與天氣有關(guān),受氣候的制約;核能利用又存在安全問(wèn)題;唯有燃料電池供電,它沒(méi)有二氧化碳的排放,可減輕溫室效應(yīng)使全球氣候變暖問(wèn)題,它解決了火力發(fā)電使全球環(huán)境污染的問(wèn)題,它是一個(gè)純正的綠色清潔能源。所以,我們要加速實(shí)現(xiàn)燃料電池的商品化進(jìn)程,中國(guó)人應(yīng)該在這場(chǎng)能源革命中有所作為,跟上全球技術(shù)發(fā)展的步伐。
文章標(biāo)題:燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀及前景
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