需要一篇燃料電池方面的論文,最好是有abstract

【專家解說】：燃料電池的演化及發(fā)展探析 摘要：對燃料電池的工作原理進行了詳細的分析；對其演化過程進行了簡述；對其最新技術(shù)進行了詳細的研究；對國內(nèi)燃料電池技術(shù)的發(fā)展提供了參考意見。 關(guān)鍵詞：燃料電池；堿性燃料電池；磷酸型燃料電池；熔融碳酸型燃料電池；固體氧化物燃料電池；直接醇類燃料電池；固體高分子膜燃料電池 隨著工業(yè)化過程的進一步加強，大氣中二氧化碳的排放量和污染程度加劇，導(dǎo)致了溫室效應(yīng)越來越明顯，因此環(huán)保問題引起了各國政府的重視。為此，綠色能源技術(shù)引起了各國的普遍關(guān)注，并且正在逐步成為一種趨勢。經(jīng)過了各方的互相協(xié)作和努力，燃料電池技術(shù)正日趨成熟。作為一項重要技術(shù)，從本質(zhì)上講，它是一種電化學(xué)的發(fā)電裝置，等溫地按電化學(xué)方式，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而不必經(jīng)過熱機過程，不受卡諾循環(huán)限制，因而能量轉(zhuǎn)化效率高，且無噪音，無污染，因此正在成為理想的替代能源。 1 燃料電池的演化過程 1．1 燃料電池的演化過程 燃料電池是一種新型的無污染、高效率汽車、游艇動力和發(fā)電設(shè)備，在本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)化裝置。1839年，格羅夫發(fā)表了第一篇有關(guān)燃料電池研究的報告。1889年，蒙德和朗格爾采用了浸有電解質(zhì)的多孔非傳導(dǎo)材料為電池隔膜，一鉑黑為電催化劑，以鉆孔的鉑或金片為電流收集器組裝出燃料電池。但此后的一段時間里，奧斯卡爾德等人在探索燃料電池發(fā)電過程的實驗都因為反映速度太慢而使實驗沒有成功。與此同時，熱機研究卻取得了突破性進展并成功運用而迅速發(fā)展。因此燃料電池技術(shù)在數(shù)十年內(nèi)沒能取得大的進展。直到1923年，由施密特提出了多孔氣體擴散電極的概念，在此基礎(chǔ)上，培根提出了雙孔結(jié)構(gòu)電池概念，并成功開發(fā)出中溫度培根型堿性燃料電池。以此為基礎(chǔ)，經(jīng)過一系列發(fā)展，這項燃料電池技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展。在20世紀(jì)60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料電池系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于宇航飛行，使得燃料電池進入了應(yīng)用階段。 1．2 燃料電池的基本工作原理 燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，它就是按電化學(xué)原理，即原電池工作原理，等溫地把貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因而實際過程是氧化還原反應(yīng)。從本質(zhì)上說是水電解的一個“逆”裝置。電解水過程中，通過外加電源將水電解，產(chǎn)生氫和氧；而在燃料電池中，則是氫和氧通過電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能。因此，燃料電池的基本結(jié)構(gòu)與電解水裝置是相類似的，它主要由4部分組成，即陽極、陰極、電解質(zhì)和外部電路。其陽極為氫電極，陰極為氧電極。通常，陽極和陰極上都含有一定量的催化劑，目的是用來加速電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。兩極之間是電解質(zhì)，電解質(zhì)可分為堿性型、磷酸型、固體氧化物型、熔融碳酸鹽型和質(zhì)子交換膜型等類型。 燃料電池的工作原理如下(以磷酸型或質(zhì)子交換膜型為例)：(1)氫氣通過管道或?qū)獍宓竭_陽極；(2)在陽極催化劑的作用下，1個氫分子解離為2個氫離子，即質(zhì)子，并釋放出2個電子；(3)在電池的另一端，氧氣(或空氣)通過管道或?qū)獍宓竭_陰極，同時，氫離子穿過電解質(zhì)到達陰極，電子通過外電路也到達陰極；(4)在陰極催化劑的作用下，氧與氫離子和電子發(fā)生反應(yīng)生成水；與此同時，電子在外電路的連接下形成電流，通過適當(dāng)連接可以向負載輸出電能。 1．3 燃料電池的特點 由上所述可知，燃料電池在本質(zhì)上是電化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置，它能夠通過電化學(xué)過程直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，因而具有如下優(yōu)點：1)干凈清潔。利于環(huán)保，可減少二氧化碳的排放；無噪音，并自給供水；2)高效。由于其轉(zhuǎn)化過程沒有經(jīng)過熱機過程，因此效率高。3)適用性。由于污染小，無噪音，可靠，可使用于終端用戶，因而可減少各種損失，并節(jié)省設(shè)備投資。4)可調(diào)制性。由于它是組合的結(jié)構(gòu)，因而可以調(diào)節(jié)，以滿足需求。5)燃料多樣性。由于燃料可以是氫氣、天然氣、煤氣、沼氣的功能碳氫化合物燃料?；谝陨咸攸c。燃料電池成為綠色能源技術(shù)發(fā)展的重點。成為本世紀(jì)最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。 2 國內(nèi)外燃料電池的最新進展 2．1 堿性燃料電池（AFC） AFC技術(shù)是第一代燃料電池技術(shù)，已經(jīng)在20世紀(jì)60年代就成功地應(yīng)用于航天飛行領(lǐng)域。它是最早開發(fā)的燃料電池技術(shù)。目前德國一家公司開發(fā)的AFC在潛艇動力實驗上獲得了成功。國內(nèi)對AFC的研究工作是從20世紀(jì)60年代開始的，主要是集中在中科院的下屬研究機構(gòu)。武漢大學(xué)和中科院長春應(yīng)化所在上世紀(jì)60年代中期即開始對AFC進行基礎(chǔ)研究。上世紀(jì)70年代，由于航天工業(yè)的需求，天津電源研究所研制出lkW AFX2系統(tǒng)。與此同時，A型號(即以純氫、純氧為燃料和氧化劑)、B型號(即以N2H4分解氣、空氣氧為燃料和氧化劑)燃料電池系統(tǒng)也在中科院大連化物所研制成功。此外，其它的研究機構(gòu)也都展開了對AFC的研究。 2．2 磷酸型燃料電池（PAFC） PAFC也是第一代燃料電池技術(shù)，也是目前最為成熟的應(yīng)用技術(shù)。已經(jīng)進入了商業(yè)化應(yīng)用和批量生產(chǎn)。目前美國、日本、歐洲各國已有100多臺200KW 發(fā)電機組投入使用或在安裝中，最長的已經(jīng)運行了37000小時。因此已經(jīng)證實了PAFC是高度可靠的電源。只是由于其成本太高，目前只能作為區(qū)域性電站來現(xiàn)場供電、供熱。 國內(nèi)對PAFC的研究工作相對較少。盡管如此，在對PAFC的研究過程中仍進行了卓有成效的工作，取得了不俗成績。如國內(nèi)學(xué)者魏子棟等人在對氧化還原發(fā)應(yīng)的電催化劑研究過程中發(fā)現(xiàn)了Fe、Co對Pt的錨定效應(yīng)。 2．3 熔融碳酸型燃料電池(MCF℃) MCFC是屬于第二代燃料電池技術(shù)。目前對MCF℃ 的研究國家有美國、日本和西歐，主要是應(yīng)用于設(shè)備發(fā)電，目前還處于試驗階段。美國對MCFC的研究單位有國際燃料電池公司和能源研究公司及M—C動力公司。而日本對MCFC的主要是NEIX)公司、電力公司、煤氣公司和機電設(shè)備廠商組成的MCFC研究開發(fā)組。大坂工業(yè)技術(shù)研究所從1991年開始10kW的MCFC單電池的長期運行試驗，到1995年l1月止，累計運行了4萬小時，確證了MCFC實用化的可能。德國MTU宣布在MCFC技術(shù)方面取得了突破。由該公司開發(fā)出來的世界上最大的280kW 的單電池還在運行。 國內(nèi)對MCFC的研究是中科院大連化物所從1993年開始的?，F(xiàn)在正處于組合電池的研究階段。而經(jīng)過多年的艱苦努力與創(chuàng)新突破，上海交通大學(xué)科研人員率先在國內(nèi)成功進行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料電池(M ℃)發(fā)電實驗，取得了在國外一些國家至少需要6年甚至10年左右時間才能獲得的成果。參加項目評審的專家認為，它整體水平達到了當(dāng)前國內(nèi)領(lǐng)先水平、國際20世紀(jì)90年代初同類技術(shù)的先進水平。 2．4 質(zhì)子交換膜型燃料電池系統(tǒng)(PEMF℃) PEMFC是屬于第三代燃料電池技術(shù)。20世紀(jì)60年代，美國就已將PEMFC應(yīng)用于宇航飛行，但由于技術(shù)問題，使得在其發(fā)展過程中受到了影響。直到20世紀(jì)80年代，加拿大Ballad公司才展開對PEMFC的研究工作。并取得了突破性進展。目前開發(fā)出來的電池組合功率達到了1000W／L、700W／kg的指標(biāo)，因此這一技術(shù)引起了各國的廣泛關(guān)注。目前Ballad公司在這一技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。 國內(nèi)對PEMFC的研究是從20世紀(jì)70年代天津電源研究所展開一聚苯乙烯蟥酸膜為電解質(zhì)的PEM—FC基礎(chǔ)研究。但進展緩慢。而國外在這一領(lǐng)域發(fā)展較快。因此在90年代開展了PEMFC的跟蹤研究。目前，在PEM 方面，國內(nèi)技術(shù)在多個方面取得了突破，北京富原新技術(shù)開發(fā)總公司已出現(xiàn)了50W、75W、150W、5KW 等樣機。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型質(zhì)子交換墨燃料電池系統(tǒng)，這大大縮小了與世界先進水平的距離。