含氮化合物-氧燃料電池具體應(yīng)用

含氮化合物-氧燃料電池?cái)y式電源

便攜式電源市場(chǎng)銷(xiāo)售額的逐年増長(zhǎng)吸引了許多電源技術(shù)，其產(chǎn)品包括：筆記本電腦、手機(jī)、收音機(jī)及其他需要電源的移動(dòng)設(shè)備，為方便個(gè)人攜帶，便攜式移動(dòng)電源的基本要求通常要求電源具有高比能量、質(zhì)輕小巧等特點(diǎn)。而燃料電池的能量密度通常是可充電電池的5到10倍，使其具有較大的競(jìng)爭(zhēng)力.此外，燃料電池不需要額外充電的特點(diǎn)也使它能適應(yīng)更長(zhǎng)久的野外生活。目前，己有直接甲醇燃料電池（DMFC）和PEMFC被應(yīng)用為軍用單兵電源和移動(dòng)充電裝置上。成本、穩(wěn)定性和壽命將是燃料電池應(yīng)用于便巧式移動(dòng)電源的所需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

含氮化合物-氧燃料電池固定電源

固定電源包括緊急備用電源、不間斷電療、偏遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站等。目前，燃料電池每年占據(jù)全球約70%的兆瓦級(jí)固定電源市場(chǎng)，相比于傳統(tǒng)的鉛酸電池，燃料電池具有更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間（大約為鉛酸電池的5倍）、更髙的比能皇密度、更小的體積和更好的環(huán)境適應(yīng)性。對(duì)于智能電網(wǎng)難以到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)和緊急事故發(fā)生地，獨(dú)立電站被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)且可靠的供電方式。在我國(guó)多次的地展災(zāi)害中，燃料電池被用作獨(dú)立電站，為救災(zāi)工作發(fā)揮了重要作用。需要注意的是，固定電站通常需要較長(zhǎng)的壽命（大于80000小時(shí)），這是燃料電池技術(shù)應(yīng)用于固定電站的最大技術(shù)挑戰(zhàn)。

工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括燃料氧化和氧氣還原兩個(gè)電極反應(yīng)及離子傳輸過(guò)程。早期的燃料電池結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要傳輸離子的電解質(zhì)和兩個(gè)固態(tài)電極。當(dāng)以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑時(shí)，燃料電池的陰陽(yáng)極反應(yīng)和總反應(yīng)分別為：

陽(yáng)極：H₂→2H 2e^-

陰極：1/2O₂ 2H 2e-→H₂O

總反應(yīng)：H₂ 1/2O₂→H₂O

其中，H2通過(guò)擴(kuò)散達(dá)到陽(yáng)極，在催化劑作用下被氧化成和e^-，此后，H 通過(guò)電解液到達(dá)陰極，而電子則通過(guò)外電路帶動(dòng)負(fù)載做功后也到達(dá)陰極，從而與O₂發(fā)生還原反應(yīng)。

基本結(jié)構(gòu)主要是由四部分組成，分別為陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和外部電路。通常陽(yáng)極為氫電極，陰極為氧電極。陽(yáng)極和陰極上都需要含有一定量的電催化劑，用來(lái)加速電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，兩電極之間是電解質(zhì)。

電池的活性物質(zhì)為H₂(g)和O₂(g)；根據(jù)電解質(zhì)性質(zhì)的不同有酸性、堿性、熔融鹽燃料電池；按使用溫度有低溫(75～100℃)、中溫(100～500℃)、高溫(500～1000℃)型燃料電池。例如離子交換膜低溫酸性氫-氧燃料電池，正、負(fù)極為少量貴金屬催化劑與導(dǎo)電金屬網(wǎng)制成，將它們分別壓于離子交換膜兩側(cè)，電解液為高濃度的磷酸，工作溫度為40～60℃。又如低溫堿性氫-氧燃料電池，負(fù)極為鎳粉和鉑、鈀燒結(jié)而成，正極為有效面積很大的銀電極，電解液為高濃度的KOH溶液，隔膜為石棉膜或鈦酸鉀膜，工作溫度為80～90℃。高溫固體電解質(zhì)燃料電池，復(fù)合氧化物(ZrO₂)0.85(CaO)0.15、(ZrO₂)0.9(Y₂O₃)0.1，碳酸鹽等為固體電解質(zhì)，高溫下它們的離子能夠?qū)щ姟⒐腆w電解質(zhì)制成短管，在其內(nèi)外壁涂覆多孔的Pt作為正、負(fù)極。工作溫度為1000℃。

一氧化碳-氧燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，它是按電化學(xué)原理，即原電池工作原理，等溫的把貯存在一氧化碳和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因而實(shí)際過(guò)程是氧化還原反應(yīng)。燃料電池主要由四部分組成，即陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和外部電路。一氧化碳?xì)夂脱趸瘹夥謩e由燃料電池的陽(yáng)極和陰極通入。一氧化碳?xì)庠陉?yáng)極上放出電子，電子經(jīng)外電路傳導(dǎo)到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子。離子在電場(chǎng)作用下，通過(guò)電解質(zhì)遷移到陽(yáng)極上，與一氧化碳反應(yīng)，構(gòu)成回路，產(chǎn)生電流。同時(shí)，由于本身的電化學(xué)反應(yīng)以及電池的內(nèi)阻，燃料電池還會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。電池的陰、陽(yáng)兩極除傳導(dǎo)電子外，也作為氧化還原反應(yīng)的催化劑。當(dāng)燃料為碳?xì)浠衔飼r(shí)，陽(yáng)極要求有更高的催化活性。陰、陽(yáng)兩極通常為多孔結(jié)構(gòu)，以便于反應(yīng)氣體的通入和產(chǎn)物排出。電解質(zhì)起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。為阻擋兩種氣體混合導(dǎo)致電池內(nèi)短路，電解質(zhì)通常為致密結(jié)構(gòu)。

有機(jī)含氮化合物廣泛存在于自然界，是一類(lèi)非常重要的化合物。許多有機(jī)含氮化合物具有生物活性，如生物堿；有些是生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)，如氨基酸等；不少藥物、染料等也都是有機(jī)含氮化合物。