一氧化碳燃料电池电压

合集下载

一氧化碳的性质和用途

一氧化碳的性质和用途一氧化碳（CO）是一种无色、无味的气体，由一个碳原子和一个氧原子组成。

它是一种具有毒性的气体，在环境中和人体健康方面都有重要的影响。

然而，一氧化碳也具有一些重要的工业和医学应用。

下面将详细介绍关于一氧化碳的性质和用途。

性质：1.物理性质：一氧化碳是一种无色、无味、无臭的气体。

它的密度较大，比空气重，会向低处移动。

在室温下，一氧化碳非常稳定，不易燃烧。

2.化学性质：一氧化碳具有较强的亲电性和还原性，在一些化学反应中可以作为氧化还原的还原剂。

它可以与氧气反应生成二氧化碳，放出大量的能量。

一氧化碳也可与金属形成配合物，例如与铁形成气态的五羰基合铁。

效应：1.环境效应：一氧化碳是由于燃烧不完全产生的主要污染物之一、它是空气中的有害气体之一，容易形成雾霾。

高浓度的一氧化碳会对人体造成严重危害，导致窒息、中毒甚至死亡。

一氧化碳也对温室效应有贡献，它是温室气体之一，具有较高的大气稳定性。

2.健康效应：一氧化碳对人体的健康有重要影响。

当一氧化碳进入人体后，它与血红蛋白形成一氧化碳血红蛋白（COHb），阻止血红蛋白与氧气结合，导致体内氧供不足。

这会导致一系列健康问题，包括中毒症状、头晕、嗜睡、胸痛、呼吸困难等。

应用：1.工业应用：一氧化碳在工业生产中有广泛的应用。

例如，一氧化碳可以用作还原剂，用于冶炼金属，制备合金等。

它还可以用作工业气体，用于气体焊接、切割和金属表面的处理。

此外，一氧化碳可用于制备其他化学物质，例如醋酸甲酯。

2.医疗应用：尽管一氧化碳对人体有毒，但它在一些医疗领域也有应用。

一氧化碳可以用作血红蛋白的灌注剂，用于处理一些心血管疾病，如缺血性心脏病和血管性头痛。

它还可以用作药物的剂量控制和气体释放的载体。

3.燃料和能源应用：一氧化碳也是一种重要的燃料，可以用于发电、供热和燃料电池。

一氧化碳作为一种可燃气体，在配合适当的氧气浓度下，可以产生大量的热能。

它在工业生产和家庭供暖中被广泛应用。

燃料电池简介

2007-2011全球燃料电池发电功率（根据地区划分）
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2010年全球各技术类型燃料电池发展状况
根据出货量划分
PEMFC：质子交换膜燃料电池 S O F C：固体氧化物燃料电池 A F C：碱性燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
根据发电功率划分
质子交换膜燃料电池PEMFC
• 质子交换膜燃料电池的关键材料与部件为：1)电催化剂；2)电极（阴极与阳极）；3）质子交换膜；4）双极板。 • 质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低温下，电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的一层薄的白金进行催化。 • 每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。驱动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压，将多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存储器。 • 质子交换膜燃料电池PEMFC 以其工作温度低、启动快、能量密度高、寿命长、重量轻、无腐蚀性、不受二氧化碳的影响，能量来源比较广泛等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电系统。可以考虑用来发展燃料电池汽车（FCEV）。
……
燃料电池的发展现状
燃料电池可提供多样化的能源解决方案，将来极有可能替代传统的电源供应装置，如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛，从家庭供电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统。根据燃料电池的应用方式，一般分为移动型（Portable)、固定型 (Stationary)、交通运输型(Transport)； 2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录的23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的是，2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即质子交换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能源汽车。

膜电极压缩对HT-PEM燃料电池性能的影响

膜电极压缩对HT-PEM燃料电池性能的影响吕强;孙红;向培勇【摘要】膜电极(MEA)的压缩率对高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)的性能具有重要影响.实验中采用相同厚度的MEA和5种不同厚度的垫片,在最大预紧力下,自行组装了5种HT-PEMFCo实验测试了HT-PEMFC的性能曲线和交流阻抗特性曲线,分析了燃料电池安装时的压缩率和电池温度对其伏安特性和交流阻抗特性的影响.实验结果表明HT-PEMFC的性能随电池温度升高而提高;MEA压缩率为20.8％的HT-PEMFC性能明显优于其他压缩率的电池性能.实验结果对HT-PEMFC操作参数优化和实际应用具有重要价值.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)004【总页数】4页(P651-654)【关键词】质子交换膜;燃料电池;电流密度;膜电极【作者】吕强;孙红;向培勇【作者单位】沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】TM911.4质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效的、对环境友好的发电装置，是新一代绿色能源动力系统，有助于解决能源危机和环境污染等问题。

传统的质子交换膜燃料电池工作温度为80℃，低于水的沸点温度，对于燃料电池水管理和热管理的要求相对较高。

相比而言，HT-PEMFC工作温度在120℃以上，具有更简化的水管理和热管理[1]，对燃料纯度的要求也相对较低，是PEMFC一个重要的发展方向。

目前，在HT-PEMFC研究方面，国内主要集中在流道结构、催化剂，以及将各种无机物掺杂于聚合物膜中来研究高性能复合膜。

杨洋、陈壁峰等人[2]对HT-PEMFC的流场结构进行了设计与优化，认为常温燃料电池流场设计准则难以在高温燃料电池中应用。

刘欣等人[3]分析了HT-PEMFC性能降低的主要原因，并提出了一种新型的耐久性更高的催化剂。

燃料电池简介及其优缺点

燃料电池简介及其优缺点姓名：周鹏学号：0909141085班级：09电气工程及其自动化燃料电池是一种把燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。

是继水力、火力、原子能发电方式之后的“第四种发电方式”。

燃料电池一般由燃料极（或称氢极）、空气极（或称氧极）以及夹在这两极之间的电解质构成。

工作时，由外部供给电池的氢在燃料极放出电子成为氢离子，氢离子通过电解质后移向空气极，而电子则通过外电路亦到达空气极。

在空气极，由外部供给电池的氧，与氢离子及电子进行反应生成水。

电能由外电路输出。

燃料电池与我们所熟悉的干电池虽然都是将化学能转换成电能的装置，但它们的最大不同点在于，封存在干电池中参予化学反应的物质终将耗尽，反应停止，也就不能输出电能了；而对于燃料电池，只要外界不断地供给它燃料气体和氧化剂，化学反应就能不间断地进行，它就能不停地输出电能。

现在研制的燃料电池有四种基本类型，即磷酸型、溶融碳酸盐型、固体电解质型及碱型燃料电池。

它们是根据电池中所用燃料、氧化剂、电解质的不同以及工作温度和构成方式的差别而划分的。

磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。

溶融碳酸盐型燃料电池，使用的天燃气燃料中既含氢也含一氧化碳，还能用含氢纯度低的煤气作燃料，工作温度在600～700℃，化学反应活跃，不用铂等昂贵的催化剂，发电效率可达50％。

发电过程可利用所排热能，与汽轮机结合。

复合发电，这可使发电效率提高到55％左右；固体电解质型燃料电池中所用的电解质是陶瓷化合物，工作温度可高达800～1000℃，发电效率可达到50％以上；碱性燃料电池是以液氢为燃料，以液氧为氧化剂，成本极高。

美国只在“阿波罗”登月飞船和“挑战者”号航天飞机上使用了这种燃料电池。

这种燃料电池不仅作为飞船和航天飞机的电源系统，而且也为宇航员提供了不可缺少的生活用水及生命保障系统中所需的冷却用水，这一特点是其他电源所望尘莫及的。

PAFC-燃料电池

第二十页，编辑于星期六：一点二十五分。
2 磷酸型燃料电池系统基本构造 PAFC系统主要由电池本体、燃料转化装置、逆变器及控制系统等四部分组成。
第二十一页，编辑于星期六：一点二十五分。
1）电池本体：
单电池构造： PAFC单电池的基本构成如图所示
磷酸型燃料电池(单电池)基本构造图
第二十二页，编辑于星期六：一点二十五分。
通常，双极板用石墨或炭制成。
第八页，编辑于星期六：一点二十五分。
一. 发电原理
1 电极反应
PAFC 以磷酸为电解质，具有耐转化燃料气及空气中 CO2的能力。因此，与低温型AFC(燃料气中不允许含 CO2和CO)及 PEMFC(燃料气中不允许含 CO)相比， PAFC更能适应各种工作环境。磷酸在水溶液中易解离出氢离子，它能将阳极(燃料极)反应中生成的氢离子传输至阴极(空气极)。
(5)氧化剂利用率: PAFC的氧化刑利用率为50％-60 ％。以空气作氧化剂为例，空气中氧含量约为21％， 50％-60％的氧化剂利用率指的是空气中的氧有50％ -60％在燃料电池内被消耗掉。
(6)反应气组成：典型的转化燃料气中约含80％H2、 20％CO2以及少量CH4、CO与硫化物。
第十九页，编辑于星期六：一点二十五分。
4 磷酸型燃料电池的特点
与熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)相比，PAFC具有以下优缺点:
(1)优点：能在低温下发电，而且稳定性良好；余热利用中获得的水可直接作为人们日常生活用热水；起动时间短。
(2)缺点：电催化剂必须采用贵金属；若燃料气中CO 含量过高，电催化剂将会被CO毒化而失去催化活性。

soec固体氧化物电解池原理

soec固体氧化物电解池原理SOEC固体氧化物电解池，又称固体氧化物电解池或高温电解池，是一种新型的能源转化技术，可以直接将水和二氧化碳转化为高纯度的氢气和一氧化碳。

它采用稳定的固体氧化物电解质作为中间体，利用高温下的高电压电解反应将水和二氧化碳分解。

SOEC固体氧化物电解池是基于固体氧化物电解池的一种改进和发展，它克服了传统电解池中液态电解质易腐蚀和易挥发的缺点，同时具有更高的效率和更长的使用寿命。

SOEC电解池主要由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，电解质通常采用氧化铈（CeO2）、氧化钇稀土元素等。

SOEC固体氧化物电解池的工作原理是通过施加高温下的电压，使电解质中的氧离子从阴极一侧迁移到阳极一侧，同时氧化成氧气，即发生氧离子的氧化反应。

在阳极一侧，水分解成氢气和氧气（H2O → H2 + 0.5O2），而二氧化碳也被还原成一氧化碳（CO2 → CO），即发生氧离子的还原反应。

在整个电解过程中，氧离子可以通过电解质的导电性进行迁移，通过阳极和阴极上的相应反应进行氧化和还原。

SOEC固体氧化物电解池的优势在于它可以高效地将水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳，并且产生的氢气纯度非常高，可达99.999%以上。

此外，SOEC电解池还具有较长的使用寿命，因为固体氧化物电解质不易受到腐蚀和挥发，可以在高温下长时间稳定工作。

同时，SOEC电解池所需的电压较低，能耗较小，可以大大降低生产过程中的能源消耗。

SOEC固体氧化物电解池的应用潜力巨大。

首先，它可以作为一种清洁能源转化技术，将可再生能源转化为氢气，用于燃料电池或其他能源存储装置。

其次，SOEC电解池可以帮助减少二氧化碳排放，将二氧化碳直接转化为一氧化碳，用于化工生产或其他用途。

此外，SOEC电解池还可以结合其他能源转化技术，如太阳能或风能，实现能源的高效利用和储存。

总的来说，SOEC固体氧化物电解池是一种创新的能源转化技术，可以高效地将水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳。

高考试题分析:增进化学学科理解的有效途径--以江苏高考氧化还原反应试题为例

料电池。研究 HC0 0 H 燃料电池性能的装置如图 2 所示，两电极区间用允许K +、 H+通过的半透膜隔开。
处理后才能排放。 (1)N20 的处理。N20 是硝酸生产中氨催化氧化的
①
电池负极电极反应式为_ _ ; 放电过程中需补充副产物，用特种催化剂能使 N20 分解。NH3 与 0 2 在加
2021年江苏新高考适应性考试的第9 题和第 13题
应中断裂旧共价键的键能之和解析 :因为没有标明反应条件 ,“2 H2 + 0 2 = 2 H20 ”
作为化学方程式的写法是不恰当的,在等号上面添加“点燃”的条件才是规范的写法。而热化学方程式“2H2(g ) +
也有“异曲同工之妙 "。第 9 题的题干：利用电解法将 C0 2 转化为 CH4 的原理（装置如图 1 所示）。第 1 3 题的题干：在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式为：
中对化学学科理解方面的不足，并就如何依据高考试题引导化学教学提出了建议。
关键词：高考试题；分析 ;化学；学科理解
文章编号：1002-2201 (2021 >06办)55七3
中图分类号:G632.479
文献标识码：B
高考必须坚持引导教学。作为大规模高利害考试， 0 2(g) = 2 H20 ( g)的 A//= -480.4 kj •mol-1”，其中并没
11.2 L H2，转移电子的数目为6.02 xlO 23

电催化一氧化碳氧化

电催化一氧化碳氧化《电催化一氧化碳氧化》一、简介电催化一氧化碳氧化（Electrocatalytic Oxidation of Carbon Monoxide）是指利用电催化的方式将一氧化碳进行氧化，从而获得甲醛，甲酸和碳酸，从而可以有效地处理废气污染及产生工业可利用的杂环物质。

二、原理电催化一氧化碳氧化的核心原理是，在恒定的电势下，一氧化碳利用氧原子进行氧化反应，形成甲醛、甲酸和碳酸，节约能源，减少温室气体的排放，增加废气污染物的捕获率。

三、技术电催化一氧化碳氧化的技术主要包括电催化电极技术、电催化触媒技术和电催化膜技术。

1、电催化电极技术电催化电极技术是采用特殊的复合电极作为电极，电容器与吸附剂的结合，以实现电催化氧化一氧化碳的过程。

2、电催化触媒技术电催化触媒技术是由特殊的催化剂，如金属配合物和金属氧化物，催化一氧化碳氧化反应，从而达到废气净化的目的。

3、电催化膜技术电催化膜技术是采用苯膦酸盐（PA-PVA）和酶模拟电极作为电极，以及电解质、离子液体等催化剂，进行电催化一氧化碳氧化反应，从而实现一氧化碳的净化处理。

四、应用电催化一氧化碳氧化技术有着广泛的应用，主要应用有：1、汽车尾气净化2、燃煤电厂的废气净化3、工业废气净化4、机场废气净化5、建筑工地废气净化6、烟花爆竹废气净化等。

五、优点电催化一氧化碳氧化技术具有以下几个优点：1、能够有效地净化废气，抑制温室气体的排放，保护环境。

2、可以有效地节能减排，节省能源，降低成本。

3、反应过程速度快，成果稳定，投资少，操作简单。

4、反应产物可以用于工业，能够实现有益物质回收，减少资源的浪费。

GBT 24548-燃料电池电动汽车术语

GBT 24548-2009燃料电池电动汽车术语之五兆芳芳创作1规模本尺度规则了与燃料电池电动汽车相关的术语及其定义.本尺度适用于使用气态氢的燃料电池电动汽车整车及部件.2标准性引用文件下列文件中的条款通过本尺度的引用而成为本尺度的条款.但凡注日期的引用文件，其随后所有的修改单或修订版均不适用于本尺度，然而，鼓动勉励按照本尺度达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本.但凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本尺度.GB/T 19596电动汽车术语3术语和定义GB/T 19596和GB/T 20042.1中确立的以及下列术语和定义适用于本尺度.燃料电池fuel cell将外部供给的燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反响直接转化为电能、热能和其他反响产品的发电装置.燃料电池电动汽车fuel cell electdc vehicle；FCEV以燃料电池系统作为动力源或主动力源的汽车.冷启动cold start在充分的浸车之后，在尺度情况温度进行启动.注：对于一个测试程序，一般推荐浸车时间应该是在12h到36 h之间，浸车期间车辆不该该启动，且应保持在规则的温度规模内.热启动hot start关机后启动，此时燃料电池系统的温度还在其正常任务温度规模内.启动时间start-up time在启动程序初始化后，燃料电池系统达到规则输出功率的时间.注：包含热启动时间和冷启动时间.运行压力operating pressure系统在任务时的压力.减压depressurize将高压压力容器或管路中的压力下降至任务所需压力的进程.燃料放空defuel将压力容器或其他管路内的燃料排空的进程.吹扫purge借助外部条件把燃料电池电堆及管路进行排空的进程.尾气off gas；tail gas燃料电池堆里排出的气体，包含未反响气体、生成的气体、和／或惰性气体.气体净化gas cleanup用物理的或化学的办法清除气体中的杂质的进程.氢脆hydrogen embrittlement氢原子进人金属后使晶格应变增大，因而下降韧性及延性，引起脆化的现象.氢渗透hydrogen permeation氢气穿过结构资料，而导致氢的释放.中毒poisoning燃料电池部件，如燃料电池膜电极受到污染，导致催化剂性能衰减，而使燃料电池性能下降.循环利用recycle经过收集、别离和处理等系列勾当，将有效成分收受接管利用的进程.燃料电池堆额外压力stack rated pressure额外功率时，燃料电池堆进气口处的空气压力.注：推荐使用绝对压力.如果用丈量压力，应注明.开路电压open circuit voltage燃料电池堆与外部电路断开时的电压.额外电压rated voltage特定工况条件下，在额外功率时的电堆的端电压.额外电流rated current特定的工况条件下，在额外功率时电堆的电流.输出特性output charactedstics燃料电池电压和电流关系的特性.注：许多情况下，电流暗示为嫌料电他的电流密度.燃料电池输出电压和翰出电流关系曲线也称作极化曲线.额外功率rated power制造厂规则的燃料电池堆在特定工况条件下能够持续任务的功率.质量比功率mass specific power单位质量的额外功率.体积比功率volume specific power单位燃料电池堆体积的输出功率.燃料电池堆fuel cell stack由多个单体电池、隔板、冷却板、岐管等组成，并且把富氢气体和空气进行电化学反响生成直流电，并同时产生热、水等其他副产品的总成.增湿器humidifier使反响气体湿度增加的装置.质子互换膜proton exchange membrane；PEM以质子为导电电荷的膜.燃料电池内的一个独立层，它作为电解质，和阻隔阳极侧富氢气体和阴极侧富氧气体的屏障.气水别离器gas/water separator将燃料电池排出的气体进行冷凝和别离气体中水分的装置.空气供给系统air supply system对进人燃料电池的空气进行过滤、增湿、压力调节等方面处理的系统.自动控制系统automatic control system包含传感器、执行器、阀、开关、控制逻辑部件的总成，包管燃料电池系统无需人工干涉，就可正常任务.燃料处理系统fuel processing system把输人的燃料进行增湿等相关处理，从而转酿成适于在燃料电池堆内运行的富氢气体.热办理系统thermal management system用以维持燃料电池系统的热平衡，可以收受接管多余的热量，并在燃料电池系统启动时能够进行帮助加热的系统.通风系统ventilation system燃料电池系统中借助机械的办法将机壳内的气体排到外部的系统.水处理系统water treatment system用于燃料电池系统水处理及生成水的收受接管和净化的系统.[产业电器网-cnelc]>高压储氢容器址gh pressure hydrogen storage cylinder储存高压氢气的装置.氢气加注口hydrogen fueling receptacle车辆侧的氢气燃料加注连接装置.额外加注压力rated refueling pressure设计加注的、尺度状态下的正常任务压力.最大加注压力max.refueling pressure在平安任务规模内的最高加注压力.整车集成complete fuel cell vehicle diagram标明燃料汽车整车各部分组成的框图.见图1.燃料电池动力系统fuel cell power system包含燃料电池系统、DC/DC变换器、驱动电机及其控制系统和车载储能装置.燃料电池系统fuel cell system燃料电池策动机fuel cell system包含燃料电池堆和燃料电池帮助系统，在外接氢源的条件下可以正常任务.燃料电池帮助系统fuel cell auxiliary system包含：空气供给系统、燃料供给系统、水／热办理系统、控制系统、平安包管系统等.车载供氢系统on-board hydrogen supply system燃料电池电动汽车上燃料经过的所有零部件的荟萃，包含：储氢容器、压力调节装置、管路及附件等.气体泄漏gas leakage除正常排气、放空外，供气系统和燃料电池系统中出现的气体外泄现象.低可燃极限lower flammability limit；LFL可燃气体可以在空气中燃烧的最低体积浓度值.注：氢:4%，一氧化碳:12.5%，甲烷；5%，N-戊烷:1.5%，乙炔：2.5%,氨:15%.最大允许任务压力maximum allowable working pressure；MAWP由相关律例或指令认证的系统或部件可以任务的最大表压.注：在这个数值下设置卸压庇护.最大运行压力maximum operating pressure由制造商规则的燃料电池可平安连续运行的内部的燃料和氧化剂的最大任务压力.允许最大任务压差allowable differential working pressure由制造商规则的各类流体之间的最大压力差，燃料电池模块能承受此压差而不损坏或永久失去功效特性.最大功率maximum power系统或部件所能输出的最大功率值.最高运行温度maximum operating temperature；MOT 系统或部件可以非失效任务的最高瞬态或稳态温度.待机状态standby state燃料电池系统已具备开机所需的运行条件，可随时接受启动命令进行启动的状态.冷态cold state在情况温度下，燃料电池系统内部温度与外部情况温度相同，且燃料电池系统处于停机状态.怠速状态idle state燃料电池系统处于任务状态，其输出的功率全部用于维持自身帮助系统的消耗，净输出功率为零的状态.额外功率响应时间response time to rated power在燃料电池系统正常任务状态下，从怠速状态到达额外功率的时间.动态响应时间dynamic response time在正常任务状态下，燃料电池系统从一个状态变更到另一个状态的时间.额外功率启动时间start response time to rated power燃料电池系统从待机状态进人额外功率状态所需的时间，包含额外功率冷启动和额外功率热启动.怠速启动时间start response time to idle state燃料电池系统从待机状态到达怠速状态的时间.到达怠速状态后能够稳定运行，包含怠速冷启动和怠速热启动.热收受接管效率heat recovery efficiency在给定的工况下燃料电池系统收受接管的热能与燃料电池系统供人燃料热值的比率.燃料电池系统净输出功率fuel cell engine netoutput power燃料电池系统功率fuel cell engine net output power燃料电池堆输出功率减去帮助系统消耗的功率后所剩的功率.燃料电池系统额外功率fuel cell engine rated power制造厂规则的燃料电池系统在特定工况条件下能够持续任务的净输出功率.过载功率overload power制造厂规则的燃料电池系统在特定工况条件下、在规则时间内任务可输出的最大净输出功率.燃料电池堆效率fuel cell stack efficiency在规则的稳定状态运行条件下，燃料电池堆输出功率与进人燃料电池堆的燃料热值之比.燃料电池系统效率fuel cell engine efficiency在规则的稳定状态运行条件下，燃料电池系统净输出功率与单位时间内进人燃料电池堆的燃料热值之比.氢气利用率hydrogen util抚ation在规则的稳定状态运行条件下，氢气的理论消耗量与实际进人燃料电池系统的氢气量之比.燃料消耗率fuel consumption rate在特定运行条件下，燃料电池电动汽车运行100 km所消耗的燃料量，单位：kg/100km.。

燃料电池技术题集

燃料电池技术题集一、选择题1.氢气在燃料电池负极发生的电化学反应是？A. H₂+ 2e⁻→2H⁺B. O₂+ 4e⁻+ 4H⁺→2H₂OC. H₂O + 2e⁻→H₂+ 2OH⁻D. C + 4e⁻→C⁴⁻答案：A2.在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，氧气在正极的反应是？A. O₂+ 4H⁺+ 4e⁻→2H₂OB. H₂O + 2e⁻→H₂+ 2OH⁻C. 2H⁺+ 2e⁻→H₂D. CO₂+ 4e⁻→C + 2O²⁻答案：A3.固体氧化物燃料电池(SOFC)中，氢气在阳极的反应通常涉及哪种离子？A. 氢离子(H⁺)B. 氧离子(O²⁻)C. 氢氧根离子(OH⁻)D. 碳酸根离子(CO₃²⁻)答案：B4.哪种类型的燃料电池在反应过程中不直接产生二氧化碳（考虑主要反应物）？A. 碱性燃料电池(AFC)B. 直接甲醇燃料电池(DMFC)C. 磷酸燃料电池(PAFC)D. 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)答案：A（注：AFC通常使用氢气和氧气作为反应物，不直接产生CO₂）5.在直接甲醇燃料电池(DMFC)中，甲醇在阳极的氧化反应会产生什么？A. CO₂、H⁺和电子B. H₂O、O₂和电子C. CO、H₂和电子D. CH₄、H⁺和电子答案：A6.熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)中，电解质的主要成分是什么？A. 磷酸B. 氢氧化钾C. 熔融的碳酸盐（如碳酸锂和碳酸钾）D. 质子交换膜答案：C7.在碱性燃料电池(AFC)中，为什么电解质需要保持碱性环境？A. 为了促进氢气的氧化反应B. 为了防止电极材料的腐蚀C. 为了提高氧气的还原速率D. 以上都是答案：C（虽然A和B也是正确的考虑因素，但最直接的原因是C）8.哪种燃料电池类型在低温下操作，并且通常用于便携式设备？A. 质子交换膜燃料电池(PEMFC)B. 固体氧化物燃料电池(SOFC)C. 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)D. 磷酸燃料电池(PAFC)答案：A9.燃料电池中，电子从负极流向正极的过程中，通过什么方式完成电路的闭合？A. 通过电解质溶液B. 通过外部电路C. 通过空气D. 不需要闭合，因为燃料电池是开路系统答案：B10.在直接硼氢化钠燃料电池中，硼氢化钠（NaBH₄）通常作为哪种电极的反应物？A. 正极B. 负极C. 同时作为正极和负极的反应物D. 不作为任何电极的直接反应物答案：B11.燃料电池的效率主要受哪些因素影响？A. 电解质的导电性B. 电极材料的催化活性C. 反应气体的压力和温度D. 以上都是答案：D12.燃料电池中，如何防止燃料和氧化剂在电极上直接混合并发生燃烧反应？A. 通过电解质的选择性透过性B. 降低反应温度C. 增加电极间的距离D. 使用催化剂降低反应活性答案：A13.哪种燃料电池类型在高温下操作，并可能用于固定式发电站？A. 质子交换膜燃料电池(PEMFC)B. 固体氧化物燃料电池(SOFC)C. 碱性燃料电池(AFC)D. 直接甲醇燃料电池(DMFC)答案：B14.燃料电池中，当氢气在负极被氧化时，主要产生的离子是什么？A. 氢离子（H⁺）B. 氢氧根离子（OH⁻）C. 氢原子（H）D. 电子（e⁻）答案：A（但在某些特定类型的燃料电池中，如碱性燃料电池，氢离子会与电解质中的氢氧根离子结合生成水）15.在直接甲醇燃料电池(DMFC)中，甲醇主要在哪个电极上发生反应？A. 正极B. 负极C. 同时在正极和负极D. 既不在正极也不在负极答案：B16.燃料电池的“开路电压”主要取决于什么因素？A. 电解质的浓度B. 电极材料的种类C. 燃料和氧化剂的性质及反应的热力学条件D. 电流密度答案：C17.哪种类型的燃料电池通常不使用贵金属催化剂？A. 质子交换膜燃料电池(PEMFC)B. 碱性燃料电池(AFC)C. 微生物燃料电池(MFC)D. 固体氧化物燃料电池(SOFC)答案：C（微生物燃料电池通常利用微生物作为催化剂，不依赖贵金属）18.燃料电池的“燃料效率”指的是什么？A. 燃料完全燃烧产生的热量转化为电能的效率B. 燃料中化学能转化为电能的效率C. 燃料电池的输出功率与输入燃料量的比值D. 燃料电池的寿命与燃料消耗量的比值答案：B19.燃料电池中，如何减少电极上的极化现象以提高电池性能？A. 增加电极材料的厚度B. 降低电解质的电阻C. 优化电极材料的催化性能D. 提高反应气体的压力答案：C（虽然B和D也有助于提高性能，但最直接有效的方法是C）20.在燃料电池的商业化应用中，需要解决的主要技术挑战有哪些？（多选题）A. 提高能量密度和功率密度B. 降低生产成本C. 延长电池寿命D. 改进燃料储存和供应技术E. 提高燃料利用率答案：A, B, C, D, E（这些都是燃料电池商业化过程中需要考虑的关键因素）21. 质子交换膜燃料电池的工作温度一般在：A. 50 - 80℃B. 80 - 100℃C. 100 - 120℃D. 120 - 150℃答案：A22. 在质子交换膜燃料电池中，提高电池性能的关键因素不包括：A. 增加质子交换膜的厚度B. 优化电极结构C. 提高催化剂活性D. 改善气体扩散答案：A23. 质子交换膜燃料电池中的催化剂通常是：A. 铂B. 钯C. 镍D. 铜答案：A24. 以下哪种气体不是质子交换膜燃料电池的常见燃料？A. 氢气B. 甲烷C. 甲醇D. 一氧化碳答案：D25. 质子交换膜燃料电池的优点不包括：A. 启动速度快B. 能量转化效率高C. 对燃料纯度要求低D. 工作噪音低答案：C26. 质子交换膜燃料电池中，质子交换膜的主要作用是：A. 传导电子B. 传导氧气C. 分离燃料和氧化剂D. 传导质子并阻隔电子答案：D27. 下列哪种因素会导致质子交换膜燃料电池的性能下降？A. 降低工作温度B. 增加燃料流量C. 膜的干燥D. 提高氧气压力答案：C28. 质子交换膜燃料电池的输出电压主要取决于：A. 电池的面积B. 燃料的浓度C. 电极反应的过电位D. 电池的工作温度答案：C29. 以下哪种方法不能提高质子交换膜燃料电池的寿命？A. 优化电池结构B. 频繁启停电池C. 采用抗腐蚀材料D. 改进操作条件答案：B30. 质子交换膜燃料电池的电流密度通常用以下哪个单位表示？A. A/m²B. V/m²C. W/m²D. J/m²答案：A31. 质子交换膜燃料电池中，氧气在哪个电极发生还原反应？A. 阳极B. 阴极C. 双极板D. 质子交换膜答案：B32. 以下哪种因素对质子交换膜燃料电池的功率密度影响最大？A. 质子交换膜的电阻B. 电极的孔隙率C. 燃料的储存量D. 电池的重量答案：A33. 质子交换膜燃料电池在运行过程中，产生的水主要来自：A. 燃料的氧化B. 氧气的还原C. 空气中的水分D. 电池内部的化学反应答案：D34. 为提高质子交换膜燃料电池的性能，通常采用的措施不包括：A. 增加膜的厚度以提高质子传导性B. 减小电极的极化电阻C. 优化气体扩散层的结构D. 提高催化剂的利用率答案：A35. 质子交换膜燃料电池的效率主要受以下哪种损失的影响？A. 欧姆损失B. 活化损失C. 浓差损失D. 以上都是答案：D36. 以下哪种材料不是质子交换膜燃料电池常用的气体扩散层材料？A. 碳纤维纸B. 金属泡沫C. 陶瓷D. 石墨毡答案：C37. 质子交换膜燃料电池中的水管理的主要目的是：A. 保持膜的湿润B. 排出多余的水C. 控制水的生成速率D. 以上都是答案：D38. 以下哪种技术可以用于检测质子交换膜燃料电池的故障？A. 电化学阻抗谱B. 红外光谱C. 质谱D. 紫外光谱答案：A39. 质子交换膜燃料电池的冷启动性能主要取决于：A. 电池的热容量B. 膜的含水量C. 催化剂的活性D. 以上都是答案：D40. 以下哪种情况会导致质子交换膜燃料电池的成本增加？A. 减少铂催化剂的用量B. 简化电池结构C. 提高生产规模D. 使用昂贵的质子交换膜材料答案：D41. 固态氧化物燃料电池（SOFC）的工作温度通常在：A. 500 - 700℃B. 700 - 1000℃C. 1000 - 1200℃D. 1200 - 1500℃答案：B42. 以下哪种材料常用于固态氧化物燃料电池的电解质？A. 氧化锆B. 氧化铝C. 氧化镁D. 氧化钛答案：A43. 固态氧化物燃料电池的阳极材料通常是：A. 镍基合金B. 铂基合金C. 钛基合金D. 铜基合金答案：A44. 在固态氧化物燃料电池中，阴极发生的反应是：A. 燃料的氧化B. 氧气的还原C. 电子的释放D. 质子的传导答案：B45. 以下哪种因素对固态氧化物燃料电池的性能影响较大？A. 电解质的厚度B. 阳极的孔隙率C. 阴极的电导率D. 以上都是答案：D46. 固态氧化物燃料电池的优点之一是：A. 对燃料纯度要求高B. 启动速度快C. 能量转化效率高D. 成本低答案：C47. 以下哪种气体不是固态氧化物燃料电池常用的燃料？A. 氢气B. 甲烷C. 一氧化碳D. 氮气答案：D48. 固态氧化物燃料电池中的连接体材料需要具备：A. 良好的导电性B. 良好的耐腐蚀性C. 高强度D. 以上都是答案：D49. 以下哪种方法可以提高固态氧化物燃料电池的功率密度？A. 增加电解质的电阻B. 降低工作温度C. 优化电极结构D. 减少燃料供应答案：C50. 固态氧化物燃料电池的电解质在高温下的离子传导主要依靠：A. 质子B. 电子C. 氧离子D. 钠离子答案：C51. 以下哪种技术可以用于改善固态氧化物燃料电池的密封性能？A. 激光焊接B. 胶粘C. 机械压紧D. 以上都是答案：D52. 固态氧化物燃料电池的热管理主要是为了：A. 防止电池过热B. 提高电池效率C. 延长电池寿命D. 以上都是答案：D53. 以下哪种材料常用于固态氧化物燃料电池的阴极？A. 镧锶锰氧化物B. 镍铁氧化物C. 钴铝氧化物D. 铜锌氧化物答案：A54. 固态氧化物燃料电池的燃料利用率主要取决于：A. 燃料的流量B. 电池的工作温度C. 电极的反应速率D. 以上都是答案：D55. 以下哪种因素会导致固态氧化物燃料电池的性能衰减？A. 电解质的相变B. 阴极的氧化C. 阳极的积碳D. 以上都是答案：D56. 为提高固态氧化物燃料电池的稳定性，通常采取的措施不包括：A. 优化电池结构B. 降低工作压力C. 采用新型材料D. 增加运行时间答案：D57. 固态氧化物燃料电池的输出电压与以下哪个因素无关？A. 电池的面积B. 燃料的种类C. 环境温度D. 电池的重量答案：D58. 以下哪种测试方法常用于评估固态氧化物燃料电池的电化学性能？A. 循环伏安法B. 恒流放电法C. 交流阻抗法D. 以上都是答案：D59. 固态氧化物燃料电池在大规模应用中面临的挑战不包括：A. 高温密封问题B. 成本较高C. 启动时间短D. 系统复杂性答案：C60. 以下哪种燃料重整方式适用于固态氧化物燃料电池？A. 蒸汽重整B. 部分氧化重整C. 自热重整D. 以上都是答案：D二、简答题1. 燃料电池电极的主要功能是什么？答案：燃料电池电极的主要功能是作为电化学反应的场所，促进燃料（如氢气）和氧化剂（如氧气）之间的电荷转移，从而生成电能和水。

固体氧化物燃料电池(特点、结构组成、原理)

固体氧化物燃料电池（特点、结构组成、原理）固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。

被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。

固体氧化物燃料电池特点固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。

在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。

固体氧化物燃料电池结构组成固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等，是其广泛应用的基础。

固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质(electrolyte)、阳极或燃料极(anode，fuel electrode)、阴极或空气极(cathode，air electrode)和连接体(interconnect)或双极板(bipolar separator)组成。

固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。

其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。

工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。

在阴极一侧持续通人氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。

燃料电池

电化学测试方法
燃料电池电催化剂的电化学测试方法主要有循环伏安法 (CV)、线性电位扫描(LSV)、恒电流法(CC)、恒电势法(CP)和电化学阻抗谱(EIS)。
最常用循环伏安法！
循环伏安法( CV) 一方面能较快地观察较宽电势范围内发生的电极过程, 为电极过程研究提供丰富的信息; 另一方面又能通过对扫描曲线形状的分析, 估算电极反应的参数。
SOFC使用全固体组件，不存在因漏液的腐蚀问题；高温工作使电极反应过程相当迅速，无须采用贵金属催化剂，因此成本大大降低。同时高温工作电池排出的高质量余热可以充分利用，实现热、电联供，提高了燃料的综合利用率。
质子交换膜燃料电池
PEMFC技术是目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, 并产生电能的技术。
通过对曲线图形的分析可以估算电催化反应的热力学和动力学参数，评价催化剂的电催化活性高低。如果某种催化剂能对电极反应起催化作用，在循环伏安图上表现为氧化峰电位的负移，或峰电位基本不变化，但氧化峰电流显著增加。
恒电流和恒电势法：
恒电流和恒电势测试方法能够考察催化剂的活性和稳定性，也能够评价电催化剂在某一恒定电流或恒定电势下工作时所对应电极电势或产生电流的稳定性。
质子交换膜燃料电池的工作原理
阳极(负极)： 2H2 - 4e- = 4H+ 阴极(正极)： O2+ 4e- + 4H+ = 2H2O
氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子。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。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生成水。

二氧化碳燃料电池电极反应式

二氧化碳燃料电池电极反应式嘿，朋友们！今天咱们来聊聊二氧化碳燃料电池的电极反应式，这就像是一场二氧化碳的超级变身秀呢！首先说说正极反应式，在酸性介质中啊，就像二氧化碳在酸性的魔法世界里开始它的华丽变身。

正极反应式是：CO₂ + 2e⁻ + 2H⁺ = CO + H₂O。

你看啊，二氧化碳就像个调皮的小魔法师，得到了两个电子这个魔法道具，再加上氢离子这个小助手，就变成了一氧化碳和水，就好像是二氧化碳把自己的一部分变成了一氧化碳这个新模样，还顺便制造出了水这个小跟班。

要是在碱性介质里呢，正极反应式又不一样啦。

正极：CO₂ + 2e⁻ + H₂O = CO + 2OH⁻。

这时候二氧化碳就像个在碱性温泉里泡澡的家伙，得到电子后，和水一起玩耍，然后就产生了一氧化碳和氢氧根离子。

这氢氧根离子就像一群小泡泡，在这个反应里冒了出来呢。

再说说负极反应式吧。

在熔融碳酸盐环境下，负极反应式：H₂ - 2e⁻ + CO₃²⁻ = CO₂ + H₂O。

氢气在这里就像个勇敢的小战士，失去了两个电子这个武器，然后和碳酸根离子这个大怪兽打了一架，最后产生了二氧化碳和水。

这二氧化碳就像是战斗后的硝烟，水呢就像是小战士流下的汗水。

要是在固体氧化物燃料电池中，负极反应式是：CO - 2e⁻ + O²⁻ = CO₂。

一氧化碳在这里就像个小倒霉蛋，失去两个电子后，和氧离子这个小精灵一结合，就变成了二氧化碳。

这就好比一氧化碳被氧离子施了魔法，一下子就变成了另外一个样子。

在酸性介质里的另一种负极情况，比如说用甲烷做燃料的时候，负极反应式：CH₄ - 8e⁻ + 2H₂O = CO₂ + 8H⁺。

甲烷就像个装满能量的小气球，被扎破了之后，失去8个电子，再和水混合搅拌一下，就变成了二氧化碳和氢离子。

这氢离子就像一群小蚂蚁，一下子涌了出来。

还有在碱性介质下用乙醇做燃料的负极反应式：C₂H₅OH - 12e⁻ +16OH⁻ = 2CO₃²⁻ + 11H₂O。

一氧化碳电池_熔融碳酸钾化物_理论说明

一氧化碳电池熔融碳酸钾化物理论说明1. 引言1.1 概述本文将详细介绍一种新型电池技术——一氧化碳电池，并结合熔融碳酸钾化物进行理论说明。

一氧化碳电池是近年来备受关注的能源储存和转换技术之一，具有独特的工作原理和广泛的应用领域。

而熔融碳酸钾化物则是一种重要的电池材料，在电化学领域也具有重要意义。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分：引言、一氧化碳电池、熔融碳酸钾化物、理论说明和结论。

在引言部分，我们将对该文章所涵盖内容进行概述，并简要介绍各个部分的主题。

其后，我们将详细介绍一氧化碳电池的原理、工作原理及其应用领域。

接着，我们将详细描述熔融碳酸钾化物的特性以及制备方法，并对其结构与性质进行深入分析。

随后，我们将围绕这两个主题展开理论说明，包括基础理论、内部反应机制解析以及性能优化与改进。

最后，我们将总结实验结果，并进行可行性分析和未来发展方向的推测。

1.3 目的本文旨在全面介绍一氧化碳电池和熔融碳酸钾化物的理论原理和应用情况，深入探讨其内部反应机制，并提出可能的性能优化与改进方法。

通过这篇文章，读者可以更好地了解一氧化碳电池和熔融碳酸钾化物，为相关研究和应用提供参考，并对未来的发展方向做出合理的预测和推测。

2. 一氧化碳电池:2.1 原理介绍:一氧化碳电池是一种将一氧化碳（CO）作为燃料的高温能量转换设备。

其原理基于固体氧化物燃料电池（SOFC），通过利用CO的氧化反应来产生电能。

与其他常见的燃料电池相比，一氧化碳电池具有较高的输出功率密度和较低的工作温度。

2.2 工作原理:一氧化碳电池的工作原理包括两个主要步骤：燃料供给和电子传递。

在燃料供给方面，CO燃料进入阳极侧（负极）并被吸附到阳极的催化剂表面上。

然后，水蒸汽从阴极侧（正极）中透过导电固体氧化物膜传导至阳极侧，与吸附在阳极上的CO进行反应生成二氧化碳（CO2）。

这个反应释放出自由电子和离子，并使得金属催化剂在阳极表面上再生。

在电子传递方面，自由电子通过外部回路流动到阴极侧，在其路线上进行电子传导并产生电能。

大学原电池符号书写例题

大学原电池符号书写例题一、知识梳理：1．画出Cu、Zn（稀硫酸）原电池的示意图，在图中标出电极名称，写出相应的电极反应，标出电流方向，导线和电极上电子移动的方向，电解质溶液中离子的移动方向，2．钢铁在在自然条件下易发生电化腐蚀，在酸性环境下主要发生_______腐蚀，电极反应为正极________________________________，负极___________________________________；在中性或偏碱性环境下主要发生_________腐蚀，电极反应为正极________________________________，负极_____________________________________。

3．锌锰干电池是日常生活中常用的干电池，正极材料为MnO 2 、石墨棒，负极材料为锌片。

根据其所使用的电解质的不同可分为酸性和碱性两种，酸性锌锰干电池使用NH 4 Cl 做电解质，其电池总反应式可表示为：Zn＋2MnO 2 ＋2NH 4 Cl＝ZnCl 2 ＋Mn 2 O 3 ＋2NH 3 ＋H 2 O 此时电极反应分别为正极__________________________________，负极_____________________________________；而碱性锌锰干电池则以氢氧化钾为电解质其电池总反应式可表示为：Zn+MnO 2 +2H 2 O+4KOH＝K 2 Mn(OH) 4 +K 2 Zn(OH) 4 此时电极反应分别为正极_________________________，负极______________________________。

4．铅酸蓄电池放电时的总反应式为PbO 2 +Pb+2H 2 SO 4 =2PbSO 4+2H 2 O 电极反应分别为正极___________________________________，负极________________________________________。

中温固体氧化物燃料电池的基本性质测量

中温固体氧化物燃料电池的基本性质测量魏波;刘伟;舒文玉;吕喆【摘要】介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理,测量了中温薄膜固体氧化物燃料电池的开路电压、放电曲线及功率曲线,并分析了电池内阻随电流密度的变化.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】4页(P5-8)【关键词】固体氧化物燃料电池;阳极支撑;电压;功率密度【作者】魏波;刘伟;舒文玉;吕喆【作者单位】哈尔滨工业大学物理系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工业大学物理系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工业大学物理系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工业大学物理系,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TM911.41 引言固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell，简称SOFC）是一种全固态、可以直接将燃料的化学能转变成电能的发电装置．它具有高效、无污染等突出优点，被誉为21世纪的绿色电源．由于不经历卡诺循环，其能量转化效率高达40%～50%，在热电联供后总效率可达80%．SOFC具有很强的模块化设计，输出功率可在瓦级到兆瓦级范围．小的方面可以用于便携式电源或辅助电源，而大的方面则可以应用于固定电站或分布式电站．因此，在能源和环境问题日益突出的今天，以燃料电池为代表的新能源技术成为各国政府大力发展的关键技术［1－2］．为了降低成本、延长寿命，运行在800℃以下的中温SOFC是目前的研究重点．现广泛采用的方案是使用阳极支撑型SOFC，薄膜化的电解质层可以降低电池欧姆内阻，进而提高电池输出性能［3－4］．在目前形势下，新能源技术方兴未艾，而对大学生进行新能源知识的传播和教育也显得越来越重要．贺天民等人介绍了基于锥管结构高温SOFC的测试和演示装置［5］．本课题组在SOFC材料和器件方面拥有多年的研究积累，我们也积极尝试将科研成果向本科生宣传．近几年来，在国家和校级大学生创新实验计划的资助下，多次安排了与SOFC相关的课题，都取得了较好的效果．本文中，我们尝试将科研成果转化为教学实验，设计了阳极支撑型SOFC的演示实验，具体包括工作原理、开路电压、电流－电压－功率关系等测量和相关内阻分析．相信SOFC演示实验可以激发学生对科研的兴趣，拓展学生知识面，树立绿色能源的意识．2 实验原理SOFC单电池为典型的“三明治”结构，基本组件为电解质、阳极和阴极．SOFC具有很强的燃料适应性，可以使用H 2、天然气、城市煤气等多种燃料．本文以H 2为燃料来说明，SOFC工作原理示意图如图1所示．在阳极一侧通入H 2，在阴极一侧通入空气．H 2在阳极催化作用下与氧离子（O2－）作用生成水，同时释放出2个电子（e－），电子则通过外电路向阴极转移．在阴极处，O2得到电子还原成O2－．而O2－则在浓度梯度的作用下由阴极侧穿过电解质向阳极侧输运．具体反应分别为由式（3）可以看出，燃料电池是一个能量转换装置，只要外界源源不断地供应燃料和氧化剂，燃料电池就可以持续地发电．该过程中不存在电极材料的消耗，这一点与传统的一次或二次电池不同．只从热力学角度考虑，燃料电池的理论电压为能斯特（Nernst）电压：图1 阳极支撑型SOFC示意图式中：R为气体常量，T为绝对温度，F为法拉第常量．p H2O，p H2和p O2分别为 H 2 O，H 2和 O2的气体分压．E 0为标准电池电压，且式中ΔG为吉布斯自由能变化．3 实验装置和实验方法电池所用的材料：摩尔分数为8%的Y 2 O3稳定的Zr O2（8YSZ）电解质，NiO ＋8YSZ为阳极和锰酸锶镧（La0．7 Sr0．3 Mn O3，LSM）阴极．具体的单电池制备过程见文献［6］，单电池的直径约10．46 mm，阴极有效面积为0．25 cm2．单电池阳极一侧封装在氧化铝瓷管上，而阴极侧直接与静止空气接触．将电池放置于电炉中升温，当温度达到700℃时通入流量为100 m L／min的氢气，将NiO 还原为金属Ni．使用英国Solartron SI 1287＋SI 1260电化学系统测量电池的开路电压和放电曲线，温度测试范围为550～800℃，温度间隔为50℃．所得的电流和功率数据除以面积后得到电流密度和功率密度．使用日本JEOL－JSM6480LV扫描电子显微镜观察测试电池的微观形貌．4 实验结果图2给出了单电池的微观形貌（扫描电镜照片），从左到右依次为多孔阴极、电解质薄膜和多孔阳极支撑体，它们的厚度分别约为12～15μm，20μm和700μm．电解质膜厚度均匀，致密性高，主要起到隔绝阴极、阳极反应气体和传输氧离子的作用．早期SOFC多采用电解质支撑结构，电解质厚度在200μm左右［7］．采用阳极支撑结构后，电解质薄膜减小到10～20μm，可以大大降低电解质欧姆内阻在电池总内阻中的比例．图2 典型的阳极支撑型单电池微观形貌开路电压（Open circuit voltage，OCV）是不接入负载时电池两端的电压，此时电池中无电流．图3中给出了单电池在不同温度下的开路电压值，其结果在1．07～1．11 V之间，与理论电压值（图3中曲线）接近．这也说明8YSZ电解质薄膜气密性很好，没有出现明显的渗漏现象．对于反应（3），电压的温度系数为负值，导致开路电压随温度的升高而下降．此外，需要指出的是单电池电压在1 V左右，很难有实际应用．为了得到高电压，需要把多个单电池进行串联构成电池堆．比如，日本NTT公司制造的阳极支撑型1 k W电池堆是由50个直径为120 mm的单电池片串联而成［8］．图3 单电池在550～800℃的开路电压图4 单电池在600～800℃的电压－电流曲线图4中给出了单电池在600～800℃范围内的放电曲线（电压－电流曲线）．随着温度的升高，电池的短路电流密度也随之增大．在600，700，800℃的最大值分别达到1．36，2．11，2．61 A·cm－2．这是由于电池中阳极、阴极和电解质性能都与温度密切相关．随着温度的升高电极活性增强，电极内阻下降．而电解质电导率升高，欧姆内阻下降．反应在电池上则是总内阻下降，进而可以提供更大的输出功率．以800℃结果为例，对电池的放电曲线进行分析．该曲线中电压－电流关系呈现出非线性规律．每点斜率对应于电池内阻，它是随电流变化而变化的．为了便于计算，使用Origin 7．0软件对不同特定电压附近取5个数据点进行线性拟合，得到近似的电池内阻值．具体结果在图5中给出，拟合误差在2．6%以内．从开路到短路状态的放电过程中，电池内阻呈现出先降低后增大的趋势．在开路时，电池内阻为0．74Ω·cm2，随着电压的下降（放电电流增加），阻值显著降低到0．8 V的0．28Ω·cm2，随后逐渐增加，到短路时达到0．70Ω·cm2．图5 800℃时电池总内阻随放电电压的变化关系8YSZ在800℃的离子电导率约为0．04 S·cm－1［9］，据此可以估计20μm 厚YSZ薄膜的欧姆电阻为0．05Ω·cm2．可见在阳极支撑型电池中，欧姆电阻所占比例要低于电极电阻（尤其是阴极）．电池内阻可以通过交流阻抗谱技术测试得到，频率变化跨度比较大（0．1 Hz～1 MHz），需要使用专门的仪器来实现．如果粗略估计，可以通过电压－电流曲线的斜率得到．而电压－电流曲线可以通过数字电压表、电流表、电子负载等来实现测量．假设电池开路电压为ε，工作电压为V，内阻为r，输出功率为P，闭合电路中电流为I．电池在放电时的工作电压为开路电压减去电池内部的电压降，即把（7）式代入（6）式即得当电池内阻r不变时，输出功率对电流的函数是开口向下的抛物线，因此功率存在最大值P max＝ε2／4r．从图6可以看出内阻r是随电流变化而变化的，从而导致抛物线出现变形．在600，700，800℃的最大功率密度分别达到了0．32，0．63，0．86 W·cm－2．图6 单电池在600～800℃的功率－电流曲线5 结束语本文介绍了SOFC的基本原理，并给出了中温薄膜型SOFC的开路电压、放电曲线和功率曲线等实验结果．考虑到SOFC是典型的交叉方向，本实验可以作为演示实验向物理、化学、材料、能源等相关专业本科生和研究生开设．本实验的开设有利于学生了解最新科研进展，培养创新意识．此外，还可以在此基础上开设研究性实验内容，引导有兴趣的学生进行科学研究．相信本实验对于普及新能源知识，丰富实验物理教学内容具有很好的意义．【相关文献】［1］ Singhal S C，Kendal K．高温固体氧化物燃料电池：原理、设计和应用［M］．韩敏芳，蒋先锋译．北京：科学出版社，2007：309－330．［2］彭苏萍，韩敏芳，杨翠柏，等．固体氧化物燃料电池［J］．物理，2004，33（2）：90－94．［3］ Will J，Mitterdorfer A，Kleinlogel C，et al．Fabrication of thin electrolytes for second－generation solid oxide fuel cells［J］．Solid State Ionics，2000，131（1／2）：79－96．［4］韩敏芳，李伯涛，彭苏萍，等．SOFC电解质薄膜YSZ制备技术［J］．电池，2002，32（3）：156－158．［5］贺天民，孙敬姝，吕喆，等．高温固体氧化物燃料电池实验演示［J］．物理实验，2000，20（4）：9－10．［6］ Chen Kong－fa，L¨U Zhe，Ai Na，et al．Fabrication and performance of anode－supported YSZ films by slurry spin coating［J］．Solid State Ionics，2007，177（39／40）：3455－3460．［7］ Singhal S C．Advances in solid oxide fuel cell technology［J］．Solid State Ionics，2000，135（1／4）：305－313．［8］ Yokoo M，Tabata Y，Yoshida Y，et al．Development of 1kW class solid oxide fuel cell stack using anode－supported planar cells ［J］． J． Power Sources，2008，184（1）：84－89．［9］ Sammes N M，Cai Zhi－hong．Ionic conductivity of ceria／yttria stabilized zirconia electrolyte materials［J］．Solid State Ionics，1997，100（1／2）：39－44．。

一氧化碳氧化催化剂

一氧化碳氧化催化剂一氧化碳氧化催化剂是一种用于催化一氧化碳（CO）氧化反应的物质。

这种催化剂在工业领域中具有广泛的应用，特别是在汽车尾气处理和工业废气处理中起着重要的作用。

一氧化碳是一种无色、无味的气体，它是燃烧不完全产生的主要有害物质之一。

高浓度的一氧化碳对人体健康有害，甚至可能导致中毒甚至死亡。

因此，有效地将一氧化碳转化为二氧化碳（CO2）是非常重要的。

一氧化碳氧化催化剂通过在催化剂表面提供活性位点来促进一氧化碳氧化反应的进行。

这些活性位点能够吸附一氧化碳分子，并使其与氧气（O2）发生反应，生成二氧化碳。

常用的一氧化碳氧化催化剂包括铜氧化物、铁氧化物、钴氧化物等。

在汽车尾气处理中，一氧化碳氧化催化剂通常被用于催化转化汽车尾气中的一氧化碳。

这些催化剂通常被安装在汽车的排气系统中，通过将一氧化碳转化为二氧化碳，减少有害气体的排放。

这对于改善空气质量和保护环境具有重要意义。

在工业废气处理中，一氧化碳氧化催化剂也扮演着重要的角色。

许多工业过程中产生的废气中含有一氧化碳，如果直接排放到大气中会对环境造成污染。

通过使用一氧化碳氧化催化剂，可以将废气中的一氧化碳转化为无害的二氧化碳，从而减少对环境的影响。

除了在汽车尾气处理和工业废气处理中的应用，一氧化碳氧化催化剂还可以在其他领域发挥作用。

例如，在化学工业中，它可以用于有机合成反应中的一氧化碳氧化步骤。

此外，一氧化碳氧化催化剂还可以用于燃料电池中，帮助提高燃料电池的效率。

一氧化碳氧化催化剂在汽车尾气处理、工业废气处理和其他领域中具有重要的应用。

通过将一氧化碳转化为二氧化碳，它能够减少有害气体的排放，改善空气质量，保护环境。

随着科学技术的不断进步，相信一氧化碳氧化催化剂在未来会有更广阔的应用前景。