燃料電池及其應(yīng)用

1 緒論

1.1 序言

1.2 燃料電池的發(fā)展簡史

1.3 燃料電池的工作原理

1.4 燃料電池的特點(diǎn)

1.5 電池系統(tǒng)

1.6 燃料電池的分類

1.7 燃料電池的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

2 質(zhì)子交換膜燃料電池

2.1 概述

2.2 PEMFC部件

2.3 PEMFC電堆和系統(tǒng)

2.4 影響PEMFC性能的因素

燃料電池技術(shù)是21世紀(jì)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生重大影響的高新技術(shù)之一，將成為繼火電、水電與核電之后的第四種發(fā)電方式，也是人類步入氫能時(shí)代的一個(gè)重要里程碑。燃料電池進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ钜巡辉偈且粋€(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想了。

《燃料電池及其應(yīng)用》是作者結(jié)合在燃料電池方面的研究工作及國內(nèi)外專家交流體會(huì)，并查閱近年來燃料電池進(jìn)展的相關(guān)資料編撰而成。書中對(duì)各種燃料電池工作原理、特點(diǎn)、電池結(jié)構(gòu)、影響電池性能的因素、國內(nèi)外研發(fā)與應(yīng)用狀況以及氫氣的生產(chǎn)、凈化、儲(chǔ)存等方面內(nèi)容作了比較系統(tǒng)的介紹與闡述。

《燃料電池及其應(yīng)用》可作為從事和關(guān)注燃料電池研究與應(yīng)用方面的工程技術(shù)人員、教學(xué)人員以及管理人員閱讀的參考書，也可作為對(duì)燃料電池發(fā)展與普及感興趣讀者的科普書籍。

堿性燃料電池(AFC)是最早開發(fā)的燃料電池技術(shù),在20世紀(jì)60年代就成功的應(yīng)用于航天飛行領(lǐng)域。磷酸型燃料電池(PAFC)也是第一代燃料電池技術(shù),是目前最為成熟的應(yīng)用技術(shù),已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用和批量生產(chǎn)。由于其成本太高,目前只能作為區(qū)域性電站來現(xiàn)場(chǎng)供電、供熱。熔融碳酸型燃料電池(MCFC)是第二代燃料電池技術(shù),主要應(yīng)用于設(shè)備發(fā)電。固體氧化物燃料電池(SOFC)以其全固態(tài)結(jié)構(gòu)、更高的能量效率和對(duì)煤氣、天然氣、混合氣體等多種燃料氣體廣泛適應(yīng)性等突出特點(diǎn),發(fā)展最快,應(yīng)用廣泛,成為第三代燃料電池。

目前正在開發(fā)的商用燃料電池還有質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。它具有較高的能量效率和能量密度,體積重量小,冷啟動(dòng)時(shí)間短,運(yùn)行安全可靠。另外,由于使用的電解質(zhì)膜為固態(tài),可避免電解質(zhì)腐蝕。燃料電池技術(shù)的研究與開發(fā)已取得了重大進(jìn)展,技術(shù)逐漸成熟,并在一定程度上實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。作為21世紀(jì)的高科技產(chǎn)品,燃料電池已應(yīng)用于汽車工業(yè)、能源發(fā)電、船舶工業(yè)、航空航天、家用電源等行業(yè),受到各國政府的重視。

我國燃料電池研究始于20世紀(jì)50年代末,70年代國內(nèi)的燃料電池研究出現(xiàn)了第一次高峰,主要是國家投資的航天用AFC,如氨/空氣燃料電池、肼/空氣燃料電池、乙二醇/空氣燃料電池等.80年代我國燃料電池研究處于低潮,90年代以來,隨著國外燃料電池技術(shù)取得了重大進(jìn)展,在國內(nèi)又形成了新一輪的燃料電池研究熱潮.1996年召開的第59次香山科學(xué)會(huì)議上專門討論了“燃料電池的研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展”,鑒于PAFC在國外技術(shù)已成熟并進(jìn)入商品開發(fā)階段,我國重點(diǎn)研究開發(fā)PEMFC、MCFC和SOFC.中國科學(xué)院將燃料電池技術(shù)列為“九五”院重大和特別支持項(xiàng)目,國家科委也相繼將燃料電池技術(shù)包括DAFC列入“九五”、“十五”攻關(guān)、“ 863”、“973”等重大計(jì)劃之中.燃料電池的開發(fā)是一較大的系統(tǒng)工程,“官、產(chǎn)、研”結(jié)合是國際上燃料電池研究開發(fā)的一個(gè)顯著特點(diǎn),也是必由之路.目前,我國政府高度重視,研究單位眾多,具有多年的人才儲(chǔ)備和科研積累,產(chǎn)業(yè)部門的興趣不斷增加,需求迫切,這些都為我國燃料電池的快速發(fā)展帶來了無限的生機(jī).

另一方面,我國是一個(gè)產(chǎn)煤和燃煤大國,煤的總消耗量約占世界的25%左右,造成煤燃料的極大浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染.隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,我國汽車的擁有量(包括私人汽車)迅猛增長,致使燃油的汽車越來越成為重要的污染源.所以開發(fā)燃料電池這種潔凈能源技術(shù)就顯得極其重要,這也是高效、合理使用資源和保護(hù)環(huán)境的一個(gè)重要途徑。

2020年7月10日，著名期刊《科學(xué)》刊發(fā)中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）科研團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)論文，宣布通過半導(dǎo)體異質(zhì)界面電子態(tài)特性，把質(zhì)子局限在異質(zhì)界面，設(shè)計(jì)和構(gòu)造了具有低遷移勢(shì)壘的質(zhì)子通道。高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)開發(fā)，是解決目前燃料電池應(yīng)用的關(guān)鍵。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）科研團(tuán)隊(duì)的研究如同給質(zhì)子修建高速公路，即利用半導(dǎo)體異質(zhì)界面場(chǎng)誘導(dǎo)金屬態(tài)，助推超質(zhì)子實(shí)現(xiàn)又快又好地‘跑起來’，從而獲得優(yōu)異的電導(dǎo)率。 。