能源与节能技术

《能源与节能技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、质子交换膜燃料电池应用及其发展当今世界，人类社会发展口益加速，无论是在工业，农业，还是笫三产业服务业，高新技术产业，都是处于人类历史上空前发展最快的一个阶段。社会的发展提高了人类的生活水平，人人加强了社会生产力，同时对能源（如煤，石汕）的需求和使用也人幅提高。人类对能源的利用主要有三大转换：第一次是煤炭取代木材筹成为主要能源；第二次是石油取代煤炭而居主导地位;而当今吐界是在石油逐渐枯竭的状况下向多能源结构的过渡转换。随着化石燃料耗量的H益增加，其储量FI益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新

2、的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源。而利用氢能最好的末端设备是燃料电池。燃料电池利用物质发生化学反应时释放的能量直接将其变换为电能，工作时需要连续不断地向其供给活物质——燃料与氧化剂。燃料电池是利丿IJ水的电解的逆反应的“发电机”，山正极、负极和夹在中间的电解质构成，其中负极供给燃料、正极提供氧化剂，中间是电解质。燃料电池根据所使用的电解质不同可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电

3、池（PEMFC）等。在燃料电池中，磷酸燃料电池（PAFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）可以冷起动和快起动，可以用作为移动电源，适应FCEV使用的要求，更加具有竞争力。一、质了交换膜燃料电池-工作原理：燃料电池的工作过程实际上是电解水的逆过程，PEMFC技术是口前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术，-其工作原理为：1）氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带止电的氢离了（即质了）并禅放出带负电的电了；。2）氢离子穿过电解质（质子交换膜）到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。电

4、子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能；3）在电池另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应牛成水。二、质子交换膜燃料电池的优点PEMFC具冇无噪声、零污染、无腐蚀、寿命氏（可达8000h以上）、工作电流大（0.5〜2.0A/cm2,0.6V）、体积功率密度高（0.6〜1.0kW/L）、抗震性好、低温启动快和T作、能量转换率高、发电单元模块化，可靠性高,组装和维修都很方便温度低（一般为60-100oC）等优点。三、质子交换膜燃料电池的应用（一）、用作便携电源、小型移动电源、车载

5、电源、备用电源、不间断电源等，适用于通讯、计算机、地质、微波站、气象观测站、金融市场、医院及娱乐场所等领域，以满足野外供电、应急供电以及高可靠性、高稳定性供电的需要。（二）、用作助动车、摩托年、汽车、火车、船舶等交通工具动力，以满足环保对年辆船舶排放的要求。PEMFC的工作温度低，启动速度较快，功率密度较高（体积较小）因此，很适于用作新一代交通工具动力。汽车是造成能源消耗和环境污染的首要原因，而PEMFC可以实现零排放或低排放：其输出功率密度比FI前的汽油发动机输出功率密度高得多。因此世界各大汽车集团竞相投入巨资，研究开发电动汽车和代用

6、燃料汽车。从冃前发展情况看，PEMFC是技术最成熟的电动车动力源电,PEMFC动车被业内公认为是电动车的未來发展方向。燃料电池将会成为继蒸汽机和内燃机Z后的第三代动力系统。（三）、可用作分散型电站。PEMFC电站可以与电网供电系统共用，主要用于调峰；也可作为分散型主供电源，独立供电，适于用作海岛、山区、边远地区或新开发地区电诂。PEMFC电站的经济性和坏保性均很好。国际上普遍认为，随着燃料电池的推广应用，发展分散型电站将是一个趋势。（四）、在军事领域的应用。质子交换膜燃料电池（PEMFC）,因具有隐蔽性好、运行时间长、可靠性高、机动性强

7、等诸多优点，正好符合现代战争对能源装备提出的特殊要求，在军事领域的应用前景极为广阔。军事上具体为：（1）用作潜艇动力源、（2）通信指挥系统电、（3）军事备用电源、（4）航空航犬领域的应用、（5）应急照明电源。四、燃料电池新工艺冃前阻碍燃料电池进入市场的主要因索是英成本太高，而降低双极板的成木对于PEMFC的产业化具有重耍意义。采用传统碳材料制备的双极板，由于材料成型工艺复杂、生产周期长，造成双极板的成品价格昂贵。使用金属板作为PEMFC的双极板，则成木较低。但突出的问是如何捉高电池长时间运行稳定性和如何减小电池性能的衰减。双极板的另一个

8、关键技术是减少体积和减轻重量，这对减少电池尺寸和重量非常必要，尤其是对于电动汽车、笔记本电脑、移动手机等移动装置。近年来，新兴一"种碳石墨材料前驱体屮间相碳微球（mesocarbonmicrobeads,M