Dyhmdf電化學(xué)技術(shù)在新能源中的利用

1、.：.；秋風(fēng)清，秋月明,落葉聚還散,寒鴉棲復(fù)驚。HYPERLINK tm51/童夢(mèng)無(wú)憂網(wǎng) 試管嬰兒論壇HYPERLINK tm51/tm51 本文由heshuquan_0奉獻(xiàn) ppt文檔能夠在WAP端閱讀體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 電化學(xué)技術(shù)在新能源 研發(fā)中的運(yùn)用 陸天虹 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春運(yùn)用化學(xué)研討所 南京師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 一.能源的概略 1.能源的重要性 1.能源的重要性 自古以來(lái),人類就為改善生存條件和促進(jìn) 社會(huì)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展而不停地進(jìn)展斗爭(zhēng).在這 一過(guò)程中,能源不斷扮演著重要的角色. 從世界經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的歷史和現(xiàn)狀來(lái)看,能源 問(wèn)題已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展中一個(gè)具

2、有戰(zhàn)略 意義的問(wèn)題,能源的耗費(fèi)程度已成為衡量 一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)開(kāi)展和人民生活程度的 重要標(biāo)志,能源問(wèn)題對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展起著 決議性的作用. 2.能源的種類 2.能源的種類 大自然賦予人類的能源是多種多樣 的,普通可分為常規(guī)能源和新能源 兩大類.常規(guī)能源包括煤炭,石油, 天然氣和水能,而新能源有生物質(zhì) 能,核能,風(fēng)能,地?zé)崮?海洋能, 太陽(yáng)能和氫能等.其中煤炭,石油, 天然氣被成為化石能源,水能,生 物質(zhì)能,風(fēng)能,太陽(yáng)能和氫能等是 可再生能源. 3.化石能源的問(wèn)題 (1)化石能源的短缺 化石能源的短缺 能源是人類賴以生存和社會(huì)開(kāi)展的重要 物質(zhì)根底,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的命脈,但 目前主要運(yùn)用的化石能源的

3、儲(chǔ)量不多. 據(jù)2002年世界探明的化石能源的儲(chǔ)量和 運(yùn)用量統(tǒng)計(jì),世界上煤,石油和天然氣 的儲(chǔ)采比分別為204,40和60年,中國(guó)的 情況更為嚴(yán)峻,據(jù)2002年統(tǒng)計(jì),中國(guó)煤, 石油和天然氣的儲(chǔ)采比只需82,15和46 年.這闡明在人類歷史的長(zhǎng)河中,只需 很短的一段時(shí)間能運(yùn)用化石能源. 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)高速增長(zhǎng),對(duì)能源 的需求也繼續(xù)攀升.我國(guó)一次能源消費(fèi) 總量從1978年的5.3億噸規(guī)范煤,上升 到2002年的14.3億噸.據(jù)估計(jì),我國(guó)在 2004,2020和2050年的石油消費(fèi)量達(dá)3, 4.5和6億噸,其中進(jìn)口量分別為1,2.7 和4億噸.4億噸的進(jìn)口量相當(dāng)于目前美 國(guó)的石油進(jìn)口量,這不但會(huì)制

4、約我國(guó)經(jīng) 濟(jì)的可繼續(xù)開(kāi)展,而且對(duì)國(guó)家的平安也 非常不利. (2)化石燃料呵斥嚴(yán)重環(huán)境污染和氣候異常 化石燃料呵斥嚴(yán)重環(huán)境污染和氣候異常 化石燃料的運(yùn)用引起的環(huán)境污染,排放的 CO2會(huì)呵斥溫室效應(yīng),使全球氣候變暖.有 關(guān)機(jī)構(gòu)已向結(jié)合國(guó)發(fā)出警告,如再不對(duì)CO2 的排放采取嚴(yán)峻措施,在10年內(nèi),世界的 氣候?qū)a(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化.我國(guó)的環(huán)境 污染問(wèn)題更是日趨嚴(yán)重,目前,我國(guó)CO2排 放量占世界總排放量的14%,在美國(guó)之后 位居第二,估計(jì)到2025年,將位居第一. 在本世紀(jì)初結(jié)合國(guó)關(guān)于環(huán)境污染的調(diào)查中, 發(fā)如今世界上十個(gè)環(huán)境污染最嚴(yán)重的城市 中,七個(gè)在中國(guó).它們是太原,北京,烏 魯木齊,蘭州,重慶,濟(jì)南

5、和石家莊. 4. 21世紀(jì)世界能源開(kāi)展趨勢(shì) 世紀(jì)世界能源開(kāi)展趨勢(shì) (1)節(jié)能技術(shù)將備受注重 節(jié)能技術(shù)將備受注重 節(jié)能就是提高能源利用率,減少能源的浪費(fèi). 目前節(jié)能技術(shù)程度已是一個(gè)國(guó)家能源利用 情況的綜合性目的,也是一個(gè)國(guó)家總體科 學(xué)技術(shù)程度的重要標(biāo)志.許多研討報(bào)告指 出,依托節(jié)能可以將能源需求量降低2530%. 我國(guó)在能源利用方面的效率很低,我國(guó)的 能耗很高,是世界平均程度的2倍,興隆國(guó) 家的5-10倍,因此更應(yīng)注重節(jié)能技術(shù),我國(guó) 應(yīng)該充分注重化石能源的高效利用. (2)世界能源系統(tǒng)將發(fā)生艱苦變革 世界能源系統(tǒng)將發(fā)生艱苦變革 據(jù)預(yù)測(cè),20世紀(jì)構(gòu)成的以化石燃料為主 的世界能源系統(tǒng)將在21世紀(jì)轉(zhuǎn)換

6、成以可 再生能源為主的新的世界能源系統(tǒng).在 20世紀(jì)末,化石燃料的運(yùn)用量占了世界 一次能源用量的89.5%.據(jù)世界能源委員 會(huì)(WEC)和國(guó)際運(yùn)用分析系統(tǒng)研討所的 研討報(bào)告以為,在20世紀(jì)上半葉,化石 燃料仍將是世界一次能源的主體,但到 21世紀(jì)下半葉,太陽(yáng)能,生物質(zhì)能,風(fēng) 能等新能源將占世界能源的50%左右. (3)煤炭將作為過(guò)渡能源而遭到注重 煤炭將作為過(guò)渡能源而遭到注重 由于石油和天然氣的儲(chǔ)量較少,而煤炭?jī)?chǔ)量 相對(duì)較多,因此煤炭將作為一種過(guò)渡能源 而在21世紀(jì)上半葉遭到注重.主要開(kāi)展的 技術(shù)是干凈煤技術(shù),煤液化和汽化技術(shù). (4)新化石能源的開(kāi)發(fā)將得到強(qiáng)化 新化石能源的開(kāi)發(fā)將得到強(qiáng)化 近

7、年來(lái)發(fā)現(xiàn),在海洋300米深處有甲烷水合 物存在.目前,甲烷水合物的開(kāi)發(fā)曾經(jīng)受 到特別的關(guān)注.據(jù)估計(jì),世界甲烷水合物 的儲(chǔ)量能夠超越石油,天然氣和煤炭?jī)?chǔ)量 的總和.因此,甲烷水合物作為儲(chǔ)量宏大 的未開(kāi)發(fā)能源開(kāi)場(chǎng)遭到世界各國(guó)的高度重 視. (5)核能的利用將進(jìn)一步得到注重 核能的利用將進(jìn)一步得到注重 據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),在20世紀(jì)末,全世界 運(yùn)轉(zhuǎn)的核電站有436座,總發(fā)電量為3.5億千瓦. 這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31 個(gè)國(guó)家,近年來(lái),由于擔(dān)憂核電站運(yùn)轉(zhuǎn)的平安 性,核廢料對(duì)環(huán)境的影響和核技術(shù)分散對(duì)世界 平安性的影響,核能的開(kāi)展在興隆國(guó)家已有下 降趨勢(shì),但在亞洲地域仍有強(qiáng)勁的添加趨勢(shì)

8、, 我國(guó)預(yù)備在今后幾年內(nèi)建造4座核電站. 受控核聚變是不斷受人們關(guān)懷的技術(shù),由于在 海水中大約有23.4億萬(wàn)噸氘,如受控核聚變技術(shù) 在21世紀(jì)能得到運(yùn)用,在21世紀(jì)末,核能可望 占世界一次能源的30%左右. (6)可再生能源的開(kāi)發(fā)將越來(lái)越遭到注重 可再生能源的開(kāi)發(fā)將越來(lái)越遭到注重 鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使 用引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候異常, 人們對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)越來(lái)越注重.其 中水力能,地?zé)崮?海洋能和風(fēng)能的 可利用資源有限,因此,太陽(yáng)能,生 物質(zhì)能和氫能的利用將倍受關(guān)注. 二.生物質(zhì)能的利用 1.生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn) . (1)生物質(zhì)來(lái)源豐富 地球上每年生長(zhǎng)的生物質(zhì)總量約14001800億噸,

9、相當(dāng)于目前世界總能耗的10 倍,我國(guó)的生物質(zhì)能也極為豐富,可作 為能源開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能總量可達(dá)4.5億噸 規(guī)范煤.加上生物質(zhì)能可再生.因此, 生物質(zhì)能的高效,規(guī)?；每捎行Ь?解世界能源供需矛盾. (2)生物質(zhì)能可多途徑利用 (a)直接熄滅.其熱能和蒸汽可發(fā)電,技術(shù) 成熟,但效率低. (b)生物轉(zhuǎn)化.包括制沼氣和水解發(fā)酵制取 醇類.生物質(zhì)制甲醇和乙醇技術(shù)根本成熟, 但消費(fèi)本錢較高.生物質(zhì)制沼氣技術(shù)相當(dāng) 成熟.2002年全國(guó)已建1300多萬(wàn)個(gè)沼氣池. (c)光熱轉(zhuǎn)化.經(jīng)過(guò)氣化,裂解,光催化等 技術(shù),獲得氣,液體燃料來(lái)發(fā)電. (d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經(jīng) 甲酯化得生物柴油.它有含氧高,

10、含硫低, 分解性能好,熄滅效率高等優(yōu)點(diǎn). (3)生物質(zhì)能利用的環(huán)境污染少 由于生物質(zhì)利用過(guò)程中釋放的CO2是 其生長(zhǎng)過(guò)程經(jīng)過(guò)光協(xié)作用從環(huán)境吸收 的,所以生物質(zhì)能的利用過(guò)程不排放 額外的CO2,而對(duì)環(huán)境污染少. 生物質(zhì)能的利用還能降低污染.如可 利用生物質(zhì)熱解汽化技術(shù)處置生活垃 圾等,可得到以甲烷為主的燃?xì)?實(shí) 現(xiàn)渣滓的減量化,無(wú)害化,資源化. 2.生物質(zhì)能利用的問(wèn)題 2.生物質(zhì)能利用的問(wèn)題 生物質(zhì)能利用的缺陷主要是生物質(zhì)分布 廣,大面積搜集本錢高,經(jīng)濟(jì)的搜集半 徑在50公里以內(nèi),只適宜建立小型,分 散的生物質(zhì)能利用系統(tǒng).而小型轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)的效率低,不提高生物質(zhì)能的利用效 率就不能獲得好的經(jīng)濟(jì)效益

11、,這是生物 質(zhì)能至今未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化運(yùn)用的關(guān)鍵問(wèn) 題之一.因此,如何在小型,分散體系 實(shí)現(xiàn)能量的高效,清潔及規(guī)?；檬?迫切需求處理的問(wèn)題. 三.太陽(yáng)能的利用 1.太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn) 太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn) (1)太陽(yáng)能來(lái)源豐富 太陽(yáng)能來(lái)源豐富 太陽(yáng)能來(lái)源豐富是眾所周知的,這似乎是 一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽(yáng)內(nèi) 部不停地進(jìn)展熱核反響,釋放出宏大的能 量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能 量的極小部分,約1/22億,但地球每年接 收的太陽(yáng)能至少有61017千瓦小時(shí),相當(dāng) 于74萬(wàn)噸規(guī)范煤的能量.其中被植物吸收 的僅占0.015%.可見(jiàn),開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能利用的 潛力很大. (2)太陽(yáng)能的運(yùn)用沒(méi)有污染問(wèn)題 太陽(yáng)能

12、的運(yùn)用沒(méi)有污染問(wèn)題 這也是眾所周知的,太陽(yáng)能的運(yùn)用 根本上沒(méi)有污染問(wèn)題. (3)太陽(yáng)能可多途徑利用 太陽(yáng)能可多途徑利用 (a)太陽(yáng)能的熱利用.如太陽(yáng)能熱水器, 太陽(yáng)灶,太陽(yáng)能蓄熱池發(fā)電等. (b)太陽(yáng)能發(fā)電.如太陽(yáng)能電池和光電 池. (c)光催化和光電催化制氫.主要用這 兩種技術(shù)從水或生物質(zhì)中制得氫氣. 2.太陽(yáng)能利用的概略 太陽(yáng)能利用的概略 近年來(lái),太陽(yáng)能的利用開(kāi)展很快,據(jù)1997 年的數(shù)據(jù),全球太陽(yáng)能發(fā)電量已達(dá)800兆瓦. 到2000年,日本已有7萬(wàn)個(gè)住宅用上太陽(yáng)能 電池,美國(guó)和歐盟方案在2021年前安裝100 萬(wàn)套太陽(yáng)能電池.特別是把太陽(yáng)能電池與 屋頂瓦結(jié)合成光電發(fā)電系統(tǒng),目前歐洲已 有

13、300套,年發(fā)電量為1億千瓦.這種系統(tǒng) 不但可供應(yīng)清潔能源,而且美觀耐用,壽 命可達(dá)25年. 太陽(yáng)能的熱利用開(kāi)展更快. 特別在我國(guó),太陽(yáng)能熱水器的年產(chǎn)值已達(dá) 60多億元,居世界首位. 3.太陽(yáng)能利用的問(wèn)題 太陽(yáng)能利用的問(wèn)題 開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能利用的主要問(wèn)題是如何 提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率,其次是降 低本錢,這對(duì)我國(guó)特別重要,目前 我國(guó)消費(fèi)太陽(yáng)能電池的才干已達(dá)幾 百兆瓦,但由于價(jià)錢高,根本上都 銷往國(guó)外.第三,一些技術(shù),如光 催化和光電催化制氫技術(shù)還沒(méi)成熟, 沒(méi)有到達(dá)適用化的階段,應(yīng)該抓緊 這方面的研討和開(kāi)展. 四.氫能的利用 1.氫能的優(yōu)點(diǎn) 氫能的優(yōu)點(diǎn) (1)氫是自然界儲(chǔ)量最豐富的元素. (2)氫是除核燃

14、料外發(fā)熱量最大的燃料. (3)氫熄滅生成水,是世界上最清潔的燃料. (4)熄滅性能好,可燃范圍大,熄滅速度快. (5)氫可用多種方法大規(guī)模消費(fèi). (6)氫的利用方式多,可經(jīng)過(guò)熄滅發(fā)電,通 過(guò)燃料電池發(fā)電等. 2.對(duì)氫能利用的注重 2002年加拿大舉行了以氫行星為主題 的第14屆世界氫能源大會(huì). 2003年在華盛頓召開(kāi)15個(gè)國(guó)家和地域參與 的國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)協(xié)作同伴會(huì)議. 冰島方案用40年時(shí)間將冰島建成氫社 會(huì). 布什將投資120億美圓來(lái)促進(jìn)氫能源的開(kāi)展. 過(guò)去5年,工業(yè)化國(guó)家在氫能開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的投 入年均遞增20.5%. 氫將取代天然氣,油和煤而成為未來(lái)世界 的主要能源,進(jìn)入氫能時(shí)代已成為近年來(lái) 的搶

15、手話題,21世紀(jì)將是氫能世紀(jì). 布什舉著運(yùn)用氫燃料的照相機(jī) 我國(guó)對(duì)開(kāi)展氫能經(jīng)濟(jì)也開(kāi)場(chǎng)注重,參與 了2003年在華盛頓召開(kāi)的有15國(guó)家參與 的國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)協(xié)作同伴會(huì)議. 2004和2005舉行了兩次關(guān)于氫能經(jīng)濟(jì)的 中美雙邊會(huì)議.今年一月,中國(guó)科學(xué)院 院士局召開(kāi)了關(guān)于石油替代能源的 研討會(huì),主要討論石油資源可繼續(xù)性分 析,石油的替代能源,氫能燃料和我國(guó) 的石油替代能源.并要組織人員進(jìn)展軟 課題研討. 3.氫能的問(wèn)題 3.氫能的問(wèn)題 (1)氫的價(jià)錢 氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸中的價(jià)錢 問(wèn)題,是影響走進(jìn)氫能時(shí)代的很關(guān) 鍵的問(wèn)題.要降低其價(jià)錢,必需形 成氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)木W(wǎng)絡(luò). (2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問(wèn)

16、題 (2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問(wèn)題 目前制氫效率很低,氫的制取要耗費(fèi)大量 的能量,因此尋求大規(guī)模的廉價(jià)清潔的 制氫技術(shù)是各國(guó)科學(xué)家共同關(guān)懷的問(wèn)題. (a) 化石燃料制氫:目前,96%氫從化石 燃料制備,技術(shù)成熟,但要呵斥環(huán)境污 染. (b)電解水制氫:技術(shù)成熟,但耗能多, 價(jià)錢高.普通每消費(fèi)1立方米的氫氣,需 要耗費(fèi)4.2-6度的電能,其能量轉(zhuǎn)化率不 到32%. (c)生物質(zhì)制氫:有可再生,產(chǎn)量大,可 儲(chǔ)存,碳循環(huán)等優(yōu)點(diǎn),從中長(zhǎng)期看是最 有出路的制氫方式.目前生物質(zhì)制氫效 率低. (d)生物制氫:國(guó)內(nèi)外在選育高效產(chǎn)氫菌 株任務(wù)進(jìn)展不快,制氫效率低. (e)風(fēng)能制氫:用風(fēng)能發(fā)電來(lái)電解水產(chǎn)生 氫,技

17、術(shù)上沒(méi)有問(wèn)題,降低本錢和風(fēng)能 發(fā)電量少是主要的問(wèn)題. (f)太陽(yáng)能制氫:該法還處在根底研討階 段,離商業(yè)化還有較遠(yuǎn)的間隔 . (3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題 (3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題 氫的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)主要處理儲(chǔ)運(yùn)的平安性和 本錢,如今由于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)不過(guò)關(guān),因此 浪費(fèi)了許多氫.許多工業(yè)過(guò)程,如煉油, 煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣 制造等多有大量的副產(chǎn)品氫氣,只是由 于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的問(wèn)題而不能被利用.我國(guó) 每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標(biāo)立方 米以上.因此處理氫的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題也是走 進(jìn)氫能時(shí)代的一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題.目前 氫的儲(chǔ)運(yùn)還有很大問(wèn)題. (a)高壓儲(chǔ)氫:儲(chǔ)氫量少,只需1%左右, 還有不平安的問(wèn)題. (b) 液氫儲(chǔ)氫

18、:很不方便,儲(chǔ)氫設(shè)備大, 蒸發(fā)損失大. (c)吸附儲(chǔ)氫:這是目前的研討熱點(diǎn),但 儲(chǔ)氫容量還較低,普通不超越2%.鎂合 金儲(chǔ)氫在3%,但儲(chǔ)放不可逆.搶手一時(shí) 的納米碳管儲(chǔ)氫也已沒(méi)有了希望,最終 的儲(chǔ)氫量也只需1%左右. (e)化合物儲(chǔ)氫:放氫不容易. (4)燃料電池還沒(méi)有商品化 用氫作燃料的燃料電池的出現(xiàn)是促進(jìn)氫 能利用的重要緣由.近年來(lái),由于化石 燃料資源短缺和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,各 國(guó)對(duì)燃料電池的研討非常注重.美國(guó) 把燃料電池列為21世紀(jì)十 大高新科技之首,燃料電池已被以為是21世紀(jì)極具運(yùn)用前景的一種新型能源系 統(tǒng).雖然燃料電池有很誘人的優(yōu)點(diǎn),而 且燃料電池的開(kāi)展已有100多年的歷史, 但至今

19、還沒(méi)有一種燃料電池曾經(jīng)真正商 品化,因此,燃料電池何時(shí)才干商品化 是一個(gè)與氫能利用親密相關(guān)的問(wèn)題. 4.反對(duì)氫能的意見(jiàn) 4.反對(duì)氫能的意見(jiàn) (a)氫以化合物方式存在,制氫要耗費(fèi)能源. 它不是一種能源,而是能源的流通手段. (b)氫的走漏會(huì)改動(dòng)氣候.氫不可防止走漏, 走漏量可達(dá)15%.走漏的氫會(huì)在大氣構(gòu)成 水霧,它會(huì)象二氧化碳一樣,使天氣變暖. (c)如今普通用高壓氫作燃料電池燃料,氫的 走漏會(huì)產(chǎn)生很大的不平安性,手機(jī)等的火 花就會(huì)使走漏的氫發(fā)生爆炸. (d)冰島能做的,其他國(guó)家不一定能做,冰島 的氫都是電解水制得的,因該國(guó)70%的電 是由地?zé)岷退娬井a(chǎn)生的. (5) 氫的清潔消費(fèi)要用風(fēng)能和太陽(yáng)

20、能.據(jù)估計(jì),如 用風(fēng)能發(fā)電制氫,當(dāng)風(fēng)能發(fā)電量到達(dá)美國(guó)6%的 用電量,風(fēng)能發(fā)電機(jī)要占的面積要有半個(gè)加州 那么大. (6) 布什承諾投資120億美圓用于氫能的研討是一 個(gè)微缺乏道的投資.美國(guó)去年用于核能和礦物 質(zhì)燃料方面的研討經(jīng)費(fèi)大于氫燃料的研討經(jīng)費(fèi). 美國(guó)推行安康婚姻的預(yù)算就有150億美圓. 美國(guó)用于伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的經(jīng)費(fèi)每月390億美圓. (7) 氫燃料電池價(jià)錢昂貴.目前內(nèi)燃機(jī)本錢為每千 瓦50美圓,而氫燃料電池為800美圓.估計(jì)大量 運(yùn)用后,也要300美圓.另外一切的加油站改成 加氫站也要破費(fèi)大量的資金. 五.燃料電池加速氫能利用 1.燃料電池的優(yōu)點(diǎn) . (1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉(zhuǎn)換系

21、統(tǒng),可降低環(huán)境污染和氣候異常. (2)燃料電池能高效利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的 氣,液物質(zhì)和氫作燃料,因此,能促進(jìn) 氫能的利用. (3)燃料電池的發(fā)電效率不受體系規(guī)模限制, 小型燃料電池同樣可以實(shí)現(xiàn)高效發(fā)電, 適宜于生物質(zhì)分散性的特點(diǎn). 2.燃料電池定義 燃料電池是一種不經(jīng)熄滅直接以電 化學(xué)反響的方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn) 變成電能的安裝,只需延續(xù)供應(yīng)燃 料,燃料電池就能延續(xù)發(fā)電. 3. 原理 陽(yáng)極反響:H2 = 2H+ + 2e 陰極反響:1/2O2 + 2H+ + 2e = H2O 總的反響:H2 + 1/2O2 = H2O 4.燃料電池分類 堿性燃料電池(AFC) (1)堿性燃料電池(AFC) 陽(yáng)

22、極:催化劑:Pt,燃 料:氫 陰 極:催化劑:Ag,氧化劑:氧 電 解 液:30%KOH 隔 膜:石棉膜 任務(wù)溫度:60-80oC 用 途:航天器和潛艇的動(dòng)力源 優(yōu) 點(diǎn):比能量和比功率高 缺 點(diǎn):對(duì)CO2敏感,不宜地面運(yùn)用 (2)磷酸燃料電池(PAFC) 磷酸燃料電池(PAFC) 陽(yáng) 極:催化劑:Pt,燃 料:氫 陰 極:催化劑:Pt,氧化劑:氧 電 解 液:98%磷酸 任務(wù)溫度:200oC 用 途:家庭住宅能源和汽車動(dòng)力源 優(yōu) 點(diǎn):穩(wěn)定性好,已有商品消費(fèi) 缺 點(diǎn):用貴金屬作催化劑,價(jià)錢高. (3)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC) 質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC) 陽(yáng) 極:催化劑:Pt,燃 料

23、:氫 陰 極:催化劑:Pt,氧化劑:氧 電 解 液:含水的質(zhì)子交換膜 任務(wù)溫度:60-80oC 用 途:汽車和潛艇等的動(dòng)力源 優(yōu) 點(diǎn):比能量和比功率高,壽命長(zhǎng), 運(yùn)用范圍廣 缺 點(diǎn):對(duì)CO敏感,價(jià)錢高,800美圓/千 瓦,而內(nèi)燃機(jī)50美圓/千瓦. 氫源 問(wèn)題. (4)直接甲醇燃料電池(DMFC) 直接甲醇燃料電池(DMFC) 陽(yáng) 極:催化劑:Pt合金,燃 料:氫 陰 極:催化劑:Pt, 氧化劑:氧 電 解 液:含硫酸的質(zhì)子交換膜 任務(wù)溫度:60-80oC 用 途:可挪動(dòng)的小型電子儀器設(shè)備動(dòng)力源 優(yōu) 點(diǎn):比能量高,體積小 問(wèn) 題:Pt對(duì)甲醇氧化電催化效率低, 易被甲醇氧化中間產(chǎn)物毒化, 甲醇會(huì)透

24、過(guò)質(zhì)子交換膜. (5)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 陽(yáng) 極:催化劑:Ni,燃 料:氫 陰 極:催化劑:NiO,氧化劑:氧 電 解 液:熔融碳酸鹽(NaCO3-LiCO3) 任務(wù)溫度:600oC 用 途:發(fā)電站 優(yōu) 點(diǎn):反響溫度高,不需貴金屬催化劑. 可用含CO的燃料氣.壽命長(zhǎng). 能量轉(zhuǎn)換率高,可達(dá)80%. 問(wèn) 題:高溫下,電解液會(huì)腐蝕電極資料.壽命 2萬(wàn)小時(shí),商業(yè)上要4萬(wàn)小時(shí). (6)固體氧化物燃料電池(SOFC) 固體氧化物燃料電池(SOFC) 陽(yáng) 極:催化劑:NiZrO2,燃 料:甲烷,氫 陰 極:催化劑:NaCrO4等,氧化劑:氧 電 解 液:ZrO2,

25、CeO2等 任務(wù)溫度:900oC 用 途:發(fā)電站 優(yōu) 點(diǎn):不需貴金屬催化劑.壽命長(zhǎng).可用各 種燃料氣.抗中毒才干強(qiáng).能量轉(zhuǎn)換 率最高,可達(dá)80%以上. 問(wèn) 題:高溫下,密封困難,放大困難. 價(jià)錢高. 5.PEMFC開(kāi)展現(xiàn)狀 開(kāi)展現(xiàn)狀 (1)世界各國(guó)對(duì) 世界各國(guó)對(duì)PEMFC的注重 世界各國(guó)對(duì) 的注重 近十年來(lái), 近十年來(lái) , PEMFC技術(shù)的研討開(kāi)發(fā)遭到 技術(shù)的研討開(kāi)發(fā)遭到 許多國(guó)家的政府和跨國(guó)大公司的極大注重, 許多國(guó)家的政府和跨國(guó)大公司的極大注重, 已出現(xiàn)許多PEMFC電動(dòng)車樣車. 電動(dòng)車樣車. 已出現(xiàn)許多 電動(dòng)車樣車 我國(guó)方案, 年奧運(yùn)會(huì)期間, 我國(guó)方案,到2021年奧運(yùn)會(huì)期間,將有我 年

26、奧運(yùn)會(huì)期間 國(guó)消費(fèi)的燃料電池電動(dòng)車會(huì)小批量, 國(guó)消費(fèi)的燃料電池電動(dòng)車會(huì)小批量,示范 性地行駛在街頭. 性地行駛在街頭. 年世博會(huì)期間, 輛燃料電池公交 到2021年世博會(huì)期間,20輛燃料電池公交 年世博會(huì)期間 輛燃料電池出租車, 車,300輛燃料電池出租車,1000輛電動(dòng) 輛燃料電池出租車 輛電動(dòng) 汽車以及一批燃料電池場(chǎng)地車和郵政車都 將投入運(yùn)轉(zhuǎn),屆時(shí),上海將建成5座加氫 將投入運(yùn)轉(zhuǎn),屆時(shí),上海將建成 座加氫 站來(lái)滿足這些車輛對(duì)氫燃料的需求 對(duì)氫燃料的需求. 站來(lái)滿足這些車輛對(duì)氫燃料的需求. (2)PEMFC商業(yè)化的問(wèn)題 商業(yè)化的問(wèn)題 (a)價(jià)錢問(wèn)題 價(jià)錢問(wèn)題 美國(guó)能源部以為,汽車用PEMFC

27、的最終 的價(jià)錢到達(dá)$50-100/kW時(shí),才干有競(jìng)爭(zhēng) 才干,由于如今內(nèi)燃機(jī)的價(jià)錢為$50/kW 左右,而如今PEMFC的價(jià)錢在$800/kW 左右.在如今技術(shù)的根底上,即使 PEMFC的產(chǎn)量為每年50萬(wàn)臺(tái),其價(jià)錢也 要在$300/kW. PEMFC價(jià)錢高的主要是 由于高的電池殼體的加工費(fèi)和離子交換 膜膜價(jià)錢高而引起的.另外運(yùn)轉(zhuǎn)本錢也 遠(yuǎn)高于燃油汽車. (b)燃料問(wèn)題 燃料問(wèn)題 目前的PEMFC普通用高壓氫作燃料,但 高壓氫作燃料有不平安,載量低,加油 站改裝要宏大費(fèi)用等問(wèn)題.如今開(kāi)展了 超高壓氫技術(shù). 研制甲醇,汽油和天然氣裂解的隨車制 氫技術(shù).但目前車載天然氣重整制氫技 術(shù)離適用還有相當(dāng)?shù)拈g隔 .美國(guó)能源部 根本放棄該道路. 用儲(chǔ)氫資料制備儲(chǔ)氫安裝還沒(méi)有過(guò) 儲(chǔ)氫容量太低. 關(guān) , 儲(chǔ)氫容量太低 . 如今許多消費(fèi) 過(guò)程都能產(chǎn)生氫副產(chǎn)品, 過(guò)程都能產(chǎn)生氫副產(chǎn)品 , 由于沒(méi)有 好的儲(chǔ)氫技術(shù)而放空燒掉. 好的儲(chǔ)氫技術(shù)而放空燒掉 . 合金儲(chǔ) 氫是應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展的技術(shù), 氫是應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展的技術(shù) , 由于這類 儲(chǔ)氫方法比較平安, 可逆性好, 儲(chǔ)氫方法比較平安 , 可逆性好 , 如 其儲(chǔ)氫容量能提高到4 以上, 其儲(chǔ)氫容量能提高到4%以上,就能 得到運(yùn)用.