工業(yè)催化課題燃料電池的應(yīng)用

燃料電池及其催化作用FuelCellandCatalysis電池的分類指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置干電池(Battery)指將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，并且放電后，能夠用充電的方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生--把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能;需要放電時(shí)再次把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能蓄電池(StorageBattery)指利用兩個(gè)電極的電極電勢(shì)的不同，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使電子流動(dòng)，產(chǎn)生電流。又稱非蓄電池，是電化學(xué)電池的一種。其電化學(xué)反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)原電池（Galvaniccell）燃料電池(FuelCell)

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，電就被生產(chǎn)出來?；驹?、氫氣在陽極催化劑的作用下，發(fā)生陽極反應(yīng)2、氫離子穿過電解質(zhì)到達(dá)陰極，電子則通過外電路及負(fù)載也達(dá)到陰極，在陰極催化劑的作用下生成水3、伴隨著電池反應(yīng)，電池向外輸出電能。只要保持氫氣和氧氣的供給，該燃料電池就會(huì)連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能。燃料現(xiàn)狀能源安全性1國防安全性2高可靠度供電3燃料多樣性4高效能5環(huán)境親和性6燃料電池的特點(diǎn)能源安全性1自1970年代的石油危機(jī)后，各大工業(yè)國對(duì)石油的依賴仍有增無減，而且主要靠石油輸出國的供應(yīng)。美國載客車輛每日可消耗約600萬桶油，占油料進(jìn)口量之85%。若有20%的車輛采用燃料電池來驅(qū)動(dòng)，每日便可省下120萬桶油。燃料電池發(fā)電設(shè)備具有散布性的特質(zhì)，它可讓地區(qū)擺脫中央發(fā)電站式的電力輸配架構(gòu)。長距離、高電壓的輸電網(wǎng)絡(luò)易成為軍事行動(dòng)的攻擊目標(biāo)。燃料電池設(shè)備可采集中也可采分散性配置，進(jìn)而降低了敵人欲癱瘓國家供電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。國防安全性2高可靠度供電3燃料電池可架構(gòu)于輸配電網(wǎng)絡(luò)之上作為備援電力，也可獨(dú)立于電力網(wǎng)之外。在特殊的場合下，模塊化的設(shè)置(串聯(lián)安裝幾個(gè)完全相同的電池組系統(tǒng)以達(dá)到所需的電力)可提供極高的穩(wěn)定性。燃料多樣性4現(xiàn)代種類繁多的電池中，雖然仍以氫氣為主要燃料，但配備「燃料轉(zhuǎn)化器(或譯重組器，fuelreformer)」的電池系統(tǒng)可以從碳?xì)浠衔锘虼碱惾剂现休腿〕鰵湓貋砝谩４送馊缋诼駡?、廢水處理場中厭氧微生物分解產(chǎn)生的沼氣也是燃料的一大來源。高效能5由于燃料電池的原理系經(jīng)由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，而非產(chǎn)生大量廢氣與廢熱的燃燒作用，現(xiàn)今利用碳?xì)淙剂系陌l(fā)電系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)40~50%；直接使用氫氣的系統(tǒng)效率更可超過50%；發(fā)電設(shè)施若與燃?xì)鉁u輪機(jī)并用，則整體效率可超過60%；若再將電池排放的廢熱加以回收利用，則燃料能量的利用率可超過85%。環(huán)境親和性6科學(xué)家們已認(rèn)定空氣污染是造成心血管疾病、氣喘及癌癥的元兇之一。最近的健康研究顯示，市區(qū)污染性的空氣對(duì)健康的威脅如同吸入二手煙。燃料電池運(yùn)用能源的方式大幅優(yōu)于燃油動(dòng)力機(jī)排放大量危害性廢氣的方案，其排放物大部份是水份。某些燃料電池雖亦排放二氧化碳，但其含量遠(yuǎn)低于汽油之排放量(約其1/6)。燃料電池的分類

1、按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分。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，有酸性、堿性、熔融鹽類或固體電解質(zhì)

2.1堿性燃料電池（AFC）、

2.2質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）

2.3磷酸燃料電池（PAFC）、

2.4熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、

2.5固體氧化物燃料電池（SOFC）、

3.按燃料類型分。

3.1氫燃料電池

3.2甲烷燃料電池

3.3甲醇燃料電池

3.4乙醇燃料電池

燃料電池的劣勢(shì)價(jià)格和技術(shù)上存在的瓶頸1、燃料電池造價(jià)偏高2、燃料電池的啟動(dòng)速度尚不及內(nèi)燃機(jī)引擎3、碳?xì)淙剂蠠o法直接利用4、氫氣儲(chǔ)存技術(shù)5、氫燃料基礎(chǔ)建設(shè)不足燃料電池中的催化作用燃料電池中的電催化作用是用來加速燃料電池化學(xué)反應(yīng)中電荷轉(zhuǎn)移的一種作用，一般發(fā)生在電極與電解質(zhì)的分界面上。催化劑是一類可產(chǎn)生電催化作用的物質(zhì)。電催化劑可以分別用于催化陽極和陰極反應(yīng)。這種分離的催化特征，使得人們可以更好地優(yōu)選不同的催化劑。燃料電池中的電催化所謂電催化，是指在電場存在于溶液相或電極表面修飾時(shí)可以促進(jìn)或抑制電極上的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，并在電極表面或溶液相中不會(huì)發(fā)生在本質(zhì)變化的一類化學(xué)現(xiàn)象。電催化反應(yīng)速度不僅受催化劑活性的影響，也可在電場和在電解質(zhì)的條件下發(fā)生變化。由于高電場強(qiáng)度，分子或具有顯著的活動(dòng)作用，離子成為電化學(xué)反應(yīng)的參與者，使得反應(yīng)所需的活化能大大降低，從而使電化學(xué)反應(yīng)能在通常比溫度低得多的環(huán)境下繼續(xù)。在電催化反應(yīng)中，由于工作時(shí)電極反應(yīng)沒有發(fā)生，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能