燃料電池技術(shù)及應(yīng)用

燃料電池技術(shù)及應(yīng)用引言各種燃料電池的技術(shù)燃料電池的應(yīng)用時(shí)至今日，世界經(jīng)濟(jì)大體上仍然是化石燃料依賴型的，石油、煤和天然氣占世界初級(jí)能源消費(fèi)總量的８５％左右，剩下的部分主要是水電和核電，真正的可再生清潔能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能等所占比例不到３％。世界能源需求仍在以１．５％～２％的年率增長(zhǎng)，而地質(zhì)學(xué)家預(yù)測(cè)說(shuō)，石油和天然氣價(jià)格將大幅度上升，再也不會(huì)回落。如果到時(shí)候還沒(méi)有找到真正能夠取代石油的新能源，必將出現(xiàn)大面積的經(jīng)濟(jì)恐慌，許多國(guó)家正為此不斷付出政治和資金上的代價(jià)。例如美國(guó)對(duì)伊拉克的戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)際上是為了它的石油

，導(dǎo)致薩達(dá)姆的下臺(tái)。引言

21世紀(jì)隨著電子產(chǎn)品小型化的進(jìn)展，當(dāng)前鋰離子電池的能量密度，已經(jīng)不能滿足便攜式筆記本電腦、移動(dòng)電話、PDA等電子設(shè)備的要求了。當(dāng)移動(dòng)電話增加接收地面數(shù)字電視功能，采用大型真彩顯示屏?xí)r，其供電量可增加到現(xiàn)在的（通常為700mA·h）3～4倍，達(dá)2A·h以上。這一切都對(duì)微電子產(chǎn)品的供電系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。

所以新的能源體系————燃料電池應(yīng)運(yùn)而生?。?！

什么是燃料電池？？？

是一種將燃料的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。電池工作時(shí)需要連續(xù)地供給活物質(zhì)，和其它普通化學(xué)電池不一樣。和目前所使用的鋰離子電池相比，重量只相當(dāng)于原有鋰離子電池一半的燃料電池就可以提供約4倍的電池能量。目前燃料電池技術(shù)可以說(shuō)是各國(guó)研究的重點(diǎn)。燃料電池的種類磷酸燃料電池（PAFC）熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）固體氧化物燃料電池（SOFC）質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）

質(zhì)子交換膜燃料電池

(PEMFC，也叫固體聚合物燃料電池)是一種低溫燃料電池，由于其電解質(zhì)是由質(zhì)子（H+）導(dǎo)電聚合物構(gòu)成而得其名。

其單電池由陽(yáng)極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽(yáng)極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)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(yáng)極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的工作原理電子在外電路形成直流電。因此，只要源源不斷地向燃料電池陽(yáng)極和陰極供給氫氣和氧氣，就可以向外電路的負(fù)載連續(xù)地輸出電能。

(1)氫氣通過(guò)管道或?qū)獍宓竭_(dá)陽(yáng)極；在陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：H2→2H++2e（2）在電池的另一端，氧氣（或空氣）通過(guò)管道或?qū)獍宓竭_(dá)陰極，在陰極催化劑的作用下，氧分子和氫離子與通過(guò)外電路到達(dá)陰極的電子發(fā)生反應(yīng)生成水，陰極反應(yīng)為：1/2O2+2H++2e→H2O

總的化學(xué)反應(yīng)為：H2+1/2O2＝H2O

PEMFC的特點(diǎn)及研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

眾多的燃料電池，PEMFC以其工作溫度低、啟動(dòng)快、能量密度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)特別適宜作為便攜式電源、機(jī)動(dòng)車電源和中、小型發(fā)電系統(tǒng)。

PEMFC作為移動(dòng)式電源的應(yīng)用(2)PEMFC作為固定式電源的應(yīng)用PEMFC除適用于作為交通電源外，也非常適合用于固定式電源。既可與電網(wǎng)系統(tǒng)互聯(lián)，用于調(diào)峰；也可作為獨(dú)立電源，用作海島、山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)、或作為國(guó)防（人防）發(fā)供電系統(tǒng)電源。

一是可用作便攜式電源、小型移動(dòng)電源、車載電源等。適用于軍事、通訊、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，以滿足應(yīng)急供電和高可靠性、高穩(wěn)定性供電的需要。二是用作自行車、摩托車、汽車等交通工具的動(dòng)力電源，以滿足環(huán)保對(duì)車輛排放的要求。從目前發(fā)展情況看，PEMFC是技術(shù)最成熟的電動(dòng)車動(dòng)力電源。

PEMFC電池供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)采用多臺(tái)PEMFC發(fā)電機(jī)聯(lián)網(wǎng)還可構(gòu)成分散式供電系統(tǒng)。分散式供電系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)：①可省去電網(wǎng)線路及配電調(diào)度控制系統(tǒng)；②有利于熱電聯(lián)供（由于PEMFC電站無(wú)噪聲，可就近安裝，PEMFC發(fā)電所產(chǎn)生的熱可進(jìn)入供熱系統(tǒng)），可使燃料總利用率高達(dá)80%以上；③受戰(zhàn)爭(zhēng)和自然災(zāi)害等影響比較小，尤其適宜于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的主動(dòng)防護(hù)需要；④通過(guò)天燃?xì)?、煤氣重整制氫，可利用現(xiàn)有天燃?xì)?、煤氣供氣系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施為PEMFC提供燃料；通過(guò)再生能源制氫（電解水制氫、太陽(yáng)能電解制氫、生物制氫）則可形成循環(huán)利用系統(tǒng)（這種循環(huán)系統(tǒng)特別適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)、人所），使系統(tǒng)建設(shè)成本和運(yùn)行成本降低。國(guó)際上普遍認(rèn)為，隨著燃料電池的推廣應(yīng)用，發(fā)展分散型電站將是一個(gè)趨勢(shì)。固體氧化物燃料電池

固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell，簡(jiǎn)稱SOFC)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(lái)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。

固體氧化物燃料電池原理固體氧化物燃料電池原理：在陽(yáng)極通入燃料氣，具有催化作用的陽(yáng)極表面吸附燃料氣體,并通過(guò)陽(yáng)極的多孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到陽(yáng)極與電解質(zhì)的界面.在陰極一側(cè)持續(xù)通入氧氣或空氣,具有多孔結(jié)構(gòu)的陰極表面吸附氧,由于陰極本身的催化作用,使得O2得到電子變?yōu)镺2-進(jìn)入固體氧離子導(dǎo)體,最終到達(dá)固體電解質(zhì)與陽(yáng)極的界面,與燃料氣體發(fā)生反應(yīng)。固體氧化物燃料電池優(yōu)點(diǎn)可直接使用氫氣、烴類(甲烷)、等燃料氣作燃料，而不必使用貴金屬作催化劑廣泛采用陶瓷材料作電解質(zhì)、陰極和陽(yáng)極，具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)，無(wú)液體泄漏現(xiàn)象避免了其它燃料電池的酸堿電解質(zhì)或熔鹽電解質(zhì)的腐蝕及封接問(wèn)題固體氧化物燃料電池優(yōu)點(diǎn)能提供高質(zhì)余熱，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高，能量利用率高達(dá)80％左右，是一種清潔高效的能源系統(tǒng)；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(jiǎn)化了設(shè)備。負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低

燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，燃料電池具有以下特點(diǎn)：（1）能量轉(zhuǎn)化效率高他直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。（2）有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無(wú)機(jī)械振動(dòng)。（3）燃料適用范圍廣（4）安裝地點(diǎn)靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適（5）負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負(fù)荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻燃料電池原理率偏移和電壓波動(dòng)，降低了現(xiàn)有變電設(shè)備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失等等。小結(jié)燃料電池的優(yōu)點(diǎn)燃料電池電子設(shè)備應(yīng)用美國(guó)波音公司及其歐洲合作伙伴打算在今年，利用一架有人駕駛飛機(jī)開展只使用固體燃料電池和輕質(zhì)電池推進(jìn)的實(shí)驗(yàn)性試飛工作。假如試飛取得成功，那么將在世界上首次實(shí)現(xiàn)一架有人駕駛飛機(jī)僅依靠固體燃料電池維持直線水平飛行。質(zhì)子交換膜燃料電池的一種---

直接甲醇燃料電池世界最小的甲醇燃料電池

燃料電池理燃料電池

日本則武公司的產(chǎn)品在改進(jìn)后，達(dá)到了160mW/cm2的高功率密度，性能約為原來(lái)的1.5倍。據(jù)分析，之所以能達(dá)到如此高的性能，主要原因在于使用了有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的混合技術(shù)來(lái)制作電解質(zhì)材料，從而大大減少了甲醇透過(guò)電解質(zhì)膜的“甲醇滲透”現(xiàn)象，并提高了電解質(zhì)膜的形狀穩(wěn)定性。則武公司從事燃料直接使用液態(tài)甲醇的DMFC電解質(zhì)膜的開發(fā)，由于DMFC具有無(wú)需燃料改質(zhì)器、可在低溫下工作等優(yōu)點(diǎn)這種燃料電池以甲醇為能量來(lái)源。

這種燃料電池以甲醇為能量來(lái)源，手機(jī)，筆記本電腦將不再用充電。哇….怕怕…是炸彈嗎？NO，別怕，這是三星軍用甲醇燃料電池

這款燃料電池主要用于軍事用途，它可以連續(xù)為軍用電子設(shè)備提供長(zhǎng)達(dá)72小時(shí)的供電。該燃料電池重量為7.7磅，約合3.5公斤，額定供電能力為1800瓦特小時(shí)（Watt-hours）。燃料電池電子設(shè)備東芝近年來(lái)，在各種展會(huì)上都會(huì)展出其設(shè)計(jì)研發(fā)的筆記本燃料電池，新型燃料電池采用甲醇作為燃料，通過(guò)化學(xué)反映產(chǎn)生電能，與采用鋰電池的東芝公司自己生產(chǎn)的筆記本電腦相比，50CC的甲醇可以連續(xù)使用5小時(shí)，超過(guò)鋰電池兩倍以上。燃料電池的另一個(gè)好處時(shí)只需填充燃料，而不必像鋰電池那樣再次充燃料電池中的甲醇依靠含二氧化碳的氧氣的化學(xué)反映產(chǎn)生電能，排出物就是水，屬于無(wú)公害能源。東芝的燃料電池采用甲醇與氧氣直接產(chǎn)生化學(xué)反映的“直接反映甲醇”。東芝展示的燃料電池供電的筆記本樣機(jī)

燃料電池電子設(shè)備日立終于在近期開發(fā)出如AA電池一般大小的燃料電池內(nèi)藏50立方厘米的甲醇，能讓普通的PDA產(chǎn)品堅(jiān)持使用6-8個(gè)小時(shí)。而據(jù)說(shuō)日立正在開發(fā)能讓甲醇濃縮的技術(shù)，到時(shí)候電池將會(huì)有更長(zhǎng)的使用時(shí)間。燃料電池在汽車上應(yīng)用布什：美國(guó)要戒“石油癮”在加州力推氫能源汽車

美國(guó)總統(tǒng)布什曾在加利福尼亞州首府發(fā)表講話，呼吁國(guó)人改變習(xí)慣，盡快從傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)換到更清潔的氫能源汽車。布什在當(dāng)天在參觀“加州燃料電池伙伴計(jì)劃”時(shí)他說(shuō)，如今原油價(jià)格飛漲，迫使消費(fèi)者為汽油付出高價(jià)，損害了美國(guó)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，加重了環(huán)境污染，也使美國(guó)更嚴(yán)重地依賴外國(guó)石油資源供應(yīng)，因此美國(guó)必須改變“對(duì)石油上癮”的現(xiàn)狀。從２００３年開始，美國(guó)政府撥款十幾億美元資助氫燃料電池的研究。本田的氫動(dòng)力車FCX

本田的ＦＣＸ氫動(dòng)力車已經(jīng)在美國(guó)加利福尼亞州獲準(zhǔn)上市。燃料電池在汽車上應(yīng)用上海神力科技有限公司120KW第三代燃料電池大巴發(fā)動(dòng)機(jī)和車上海神力科技有限公司承擔(dān)了國(guó)家863計(jì)劃“燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)”項(xiàng)目神力公司燃料電池車

神力公司燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的技術(shù)路線，不同于國(guó)際知名的大公司如加拿大巴拉德公司(BallardPowerSystems)、美國(guó)通用汽車公司(GM)等的高壓運(yùn)行技術(shù)，自主開發(fā)了常壓運(yùn)行的燃料電池技術(shù)，系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，安全性、可靠性高，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已申請(qǐng)中國(guó)、美國(guó)專利102項(xiàng)。自2002年起，神力公司為清華大學(xué)的燃料電池大巴研制了三代(第一代50kw，第二代60kw，第三代100kw)發(fā)動(dòng)機(jī)。凈輸出功率100KW

最大穩(wěn)定輸出功率120KW

峰值輸出功率150KW

電壓★300-480V(可以根據(jù)用戶要求調(diào)整)

電流★0-400A

能量轉(zhuǎn)化效率45%-52%

燃料存儲(chǔ)方式高壓鋁內(nèi)膽、碳纖維纏繞環(huán)氧樹脂浸漬的儲(chǔ)氫罐

燃料類型氣態(tài)氫

操作環(huán)境溫度0-50℃

相對(duì)濕度0-95%

工作溫度60-80℃

工作壓力常壓

物理特性長(zhǎng)寬高1040mm×680mm×690mm*2

重量560kg(不包括驅(qū)動(dòng)電機(jī))

噪聲76dB120KW第三代燃料電池大巴發(fā)動(dòng)機(jī)

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。結(jié)語(yǔ)

Thankyou！附錄資料：不需要的可以自行刪除防曬霜生產(chǎn)工藝配方油相

A

硬脂酸5％十八醇2.5％棕櫚酸異丙酯1.5％凡士林5％防腐劑適量B石蠟油6％硅油Gy-2603.5％防曬劑POS-21％VE適量ME-40適量水相A鈦白粉3.5％丙二醇3％B三乙醇胺1％二氧化鈦其透過(guò)率小于氧化鋅。對(duì)紫外線有散射作用,能減小紫外線對(duì)人體皮膚的幅射。覆蓋力優(yōu)良,增白皮膚。但涂抹性與透氣性均差。加入量大于等于５％時(shí),增白色澤不自然,固選用百分3.5。丙二醇丙二醇在化妝品中作濕潤(rùn)劑、保濕劑。三乙醇胺三乙醇胺在化妝品中還具有中和劑的作用，從而達(dá)到增稠和保濕的作用。硬脂酸

硬脂酸用于護(hù)膚品中起乳化作用，從而使其變成穩(wěn)定潔白的膏體。十八醇化妝品中作為基質(zhì)原料中的乳化劑、增稠劑應(yīng)用棕櫚酸異丙酯具有優(yōu)良的保濕和滋潤(rùn)皮膚作用。皮膚對(duì)本品的吸收性很好，能在皮層內(nèi)與毛囊有效接觸，滲入皮層深處，并將化妝品中的活性組分帶入，充分發(fā)揮有效成分的作用。作為化妝品溶劑及皮膚保濕劑、滲透劑。凡士林凡士林作為一種傳統(tǒng)的化妝品原料,它在皮膚角質(zhì)層表面形成一種隔離膜,具有防止皮膚表面水份減少的作用,保護(hù)皮膚免受外界剌激。因而它是一種極好的保溫劑和護(hù)膚品。它對(duì)皮膚無(wú)剌激,無(wú)過(guò)敏。石蠟油石蠟油又稱礦物油，由于礦物油具有低致敏性及不錯(cuò)的封閉性，有阻隔皮膚的水分蒸發(fā)的作用，所以常在