燃料电池的新进展

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燃料电池的新进展

【摘要】由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃料电池，应用于空间飞行和潜

水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出，要求开发利用新的清洁再生能

源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视。

早在 1839 年，英国人 W.Grove 就提出了氢和氧反应可以发电的原理，这就是最早的氢-氧燃料

电池(FC)。但直到 20 世纪 60 年代初，由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃

料电池，应用于空间飞行和潜水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出，

要求开发利用新的清洁再生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而

受到世界各国的普遍重视。美国矿物能源部长助理克.“西格尔说：燃料电池技术在 21 世纪上半

叶在技术上的冲击影响，会类似于 20 ”世纪上半叶内燃机所起的作用。福特汽车公司主管

PNGV 经理鲍伯.默尔称，燃料电池必会给汽车动力带来一场革命，燃料电池是唯一同时兼备无

污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力装置。预期燃料电池会在国防

和民用的电力、汽车、通信等多领域发挥重要作用。美国 Arthur D.Little 公司最新估计，2000

年燃料电池在能源系统市场将提供 1 500～2 000MW 动力，价值超过 30 亿美元，车辆市场将超

过20 亿美元；2007 年燃料电池在运输方面的商业价值将达到 90 亿美元。

燃料电池的工作原理和分类、特点和优势

燃料电池发生电化学反应的实质是氢气的燃烧反应。它与一般电不同之处在于燃料电池的

正、负极本身不包含活性物质，只是起催化转换作用。所需燃料(氢或通过甲烷、天然气、煤

气、甲醇、乙醇、汽油等石化燃料或生物能源重整制取)和氧(或空气)不断由外界输入，因此燃

料电池是名符其实的把化学能转化为电能的装置。以熔融碳酸盐型燃料电池为例，图1为燃料

电池的结构示意图。

图1 熔融碳酸盐燃料电池单电池结构示意图

在燃料电池电极上反应如下：

阳极反应：H2+CO32-＝H2O+CO2+2e-

阴极反应：1/2O2+CO2+2e-＝CO32-

总反应：1/2O2+H2＝H2O

燃料电池多种分类。按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型。按电解质种类又可分为

磷酸盐型燃料电池(PAFC)--第一代 FC；熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)--第二代 FC；固体氧化

物型燃料电池(SOFC)--第三代 FC。表1列出了几种主要类型燃料电池的燃料、电解质、电极和

工作温度等基本特点。

表1 燃料电池的分类

类型

磷酸盐型燃料电池(PAFC)

融碳酸盐型燃料电池(MCFC)

固体氧化物型燃料电池(SOFC)

聚合物离子膜燃料电池(PEMFC)

燃料

煤气,天然气, 甲醇等

纯H2

电解质

磷酸水溶液

KLiCO3 溶盐

ZrO2-Y2O3(8 YSZ)

离子(Na 离子)

阳极

电极

阴极

多孔质石墨

(Pt 催化剂)

含Pt 催化剂+多孔

质石墨+Tefion

多孔质镍

(不要 Pt 催化剂)

多孔NiO(掺锂)

Ni-ZrO2 金属陶瓷(不要 Pt 催化剂)

LaxSr1-xMn(Co)O3

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燃料电池的新进展【摘要】由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃料电池，应用于空间飞行和潜水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出，要求开发利用新的清洁再生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视。早在1839年，英国人W.Grove就提出了氢和氧反应可以发电的原理，这就是最早的氢-氧燃料电池(FC)。但直到20世纪60年代初，由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃料电池，应用于空间飞行和潜水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出，要求开发利用新的清洁再生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优...

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