燃料电池导学案

发展中的化学电源

——燃料电池导学案

课程学习目标

1、认识燃料电池的结构及工作原理

2、掌握氢氧燃料电池的电极反应和书写方法

3、了解甲烷燃料电池的电极反应和书写方法

知识重、难点

氢氧燃料电池电极反应的书写

甲烷燃料电池电极反应的书写

第一部分知识体系梳理（课前完成）

燃料电池

(1)燃料电池是一种高效、环保的发电装置,产物对环境的污染较小。以H

2为燃料时,产物为 ,以CH

为燃料时,产物是。

(2)燃料电池的反应物不是储存在电池内部,而是由外设装置提供燃料和氧化剂分别在两个电极上反应,将化学能转化为电能。因此，燃料电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用

(3)氢氧燃料电池中,负极通入的是氢气,正极通入的是氧气,电解质是硫酸或氢氧化钾,该电池的总反应式为。

（4）甲烷燃料电池中，负极通入的是，正极通入的是，当电解质为硫酸时，电池总反应为，当电解质是氢氧化钾时，电池总反应为

第二部分重、难点探究（课堂完成）

【知识基础】原电池电极反应书写规则

负极：氧化反应还原剂 - ne- →氧化产物

正极：还原反应氧化剂 + ne- →还原产物

正极反应式+负极反应式=电池的总反应式

1、氢氧燃料电池

（1）请结合【知识基础】以及氢氧燃料电池构造示意图，试分析H2-O2-H2SO4燃料电池的电极反应

负极：

正极：

总反应：

（2）将氢氧燃料电池中电解质溶液改为氢氧化钾溶液，即：H2-O2-KOH则电极反应与（1）中是否一样，若不一样，该怎么写？

负极：

正极：

总反应：

【探究与思考1】对照（1）和（2）的电极反应思考如下问题：

①两电池的正、负极电极反应式一样吗？为什么？总反应式相同吗？

②结合两个燃料电池的正极反应，说说以氧气做氧化剂的燃料电池的正极反应有什么特点？

2、甲烷燃料电池

【实践探究】请结合氢氧燃料电池电极反应的书写，用类推的方法完成下面的电极反应（可考虑先写正极反应，负极反应式=总反应式-正极反应式）

（1）CH4-O2-H2SO4

负极：

正极：

总反应：

（2）CH4-O2-KOH

负极：

正极：

总反应：

【探究与思考2】

①从以上四个原电池的电极总反应来看，你认为燃料电池的反应实质是什么？

国内燃料电池汽车发展现状分析

国内燃料电池汽车发展现状分析正文目录在政策支持方面，我国政府也非常重视燃料电池汽车等清洁汽车技术的发展。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出：“增强汽车工业自主创新能力，加快发展拥有自主知识产权的汽车发动机、汽车电子、关键总成及零部件。鼓励开发使用节能环保和新型燃料汽车”。2006年2月，国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将“低能耗与新能源汽车”和“氢能及燃料电池技术”分别列入优先主题和前沿技术。在国家《节能中长期专项规划》及相应的十大重点节能工程中，强调要“发展混合动力汽车、燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等清洁汽车”。国家发展和改革委员会与科学技术部共同向社会公布的《中国节能技术政策大纲》中同样也强调要“研究电动汽车等新型动力”。“九五”和“十五”期间，国家都把燃料电池汽车及相关技术研究列入科技计划，国家863计划和973计划都设立了许多与此相关的科研课题。“十五”国家重大科技专项之一的“电动汽车专项”将燃料电池汽车列为重要内容，国家投人近9亿元。“十一五”国家继续支持“节能与新能源汽车”，包括燃料电池汽车的研究。在技术现状方面，1998年，清华大学研制出中国第一辆燃料电池汽车，其燃料电池由北京富源燃料电池公司提供；1999年北京富源燃料电池公司与清华大学合作开发出燃料电池乘用车；2001年，北京绿能公司与清华大学和北京工业学院合作，研制出以燃料电池为动力的出租车、客车和12个座位的公共汽车；2004年，国家甲醇燃料汽车示范工程在长治正式启动并通过了国家验收；2005年，上海神力科技有限公司研制的绿色燃料电池游览车投入试运，总行驶里程达1.2万公里，无故障运行时间达2000小时；2006年，由同济大学等单位共同研发“超越三号”燃料电池轿车在第八届“比比登清洁能源汽车挑战赛”中表现抢眼，四项比赛评分均为“A”，并在两个单项比赛中获得第一。我国燃料电池汽车研发采用了与国际同领域权威单位不同的技术路线，开发出了独具特色的能量混合型和功率混合型两种燃料电池混合动力系统，具有电——电混合、平台结构、模块集成的技术特征，燃料经济性高于国外同类样车特别是纯燃料电池驱动模式样车，轿车和客车两种车型节氢效果均十分显著，现已经成为国际上主流构型。新一代的燃料电池汽车动力平台也已经基本建立。在产业化目标方面，我国燃料电池电动汽车产业化目标是，2006～2010年期间，通过示范运行，找出薄弱环节，攻克技术难关，实现燃料电池电动汽车的小批量试制；2010～2020年，争取燃料电池电动汽车的批量生产；2020～2030年，我国电动汽车整体技术水平要基本与国际电动汽车水平相当，并且实现燃料电池电动汽车的大批量生产。在燃料电池汽车的实际应用方面，我国于2003年与2007年分别启动了两期燃料电池公共汽车商业化示范项目。该项目是中国政府、全球环境基金(GEF)和联合国开发计划署(UN—DP)共同支持的项目，由科技部、北京市、上海市共同组织实施，目的是为了降低燃料电池公共汽车的成本，借助在北京和上海两市进行的燃料电池公共汽车和供氢设施的示范，加快其技术转化。北京市、上海市各采购6辆燃料电池公共汽车，进行示范运行。2008年北京奥运会，基于上海大众领驭平台的燃料电池轿车作为我国首款燃料电池轿车进入国家汽车产品公告，20辆领驭燃料电轿车为奥运会提供交通服务，运行总里程超7.6万km。

燃料电池发展现状研究报告进展资料

应用电化学论文作业题目燃料电池的发展现状及研究进展学院化学与化学工程学院专业班级制药134班郭莹莹

摘要燃料电池是一种清洁高效的能源利用方式，它是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。发展燃料电池对于改善环境和实现能源可持续发展有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及燃料电池的优点，详细阐述了燃料电池现在的发展现状和未来研究前景的展望。关键词：燃料电池转换装置应用发展

1 燃料电池的工作原理及分类燃料电池( Fuel Cell，FC) 是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEM-FC) 、磷酸燃料电池( Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC) 、碱性燃料电池( Alkaline Fuel Cell，AFC) 、固体氧化物燃料电池( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC) 及熔融碳酸盐燃料电池( Molten CarbonateFuel Cell，MCFC) 等。以质子交换膜燃料电池为例，主要部件包括: 膜电极组件( Membrane Elec-trode Assembly，MEA) 、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反应的核心部件，由阴阳极多孔气体扩散电极和电解质隔膜组成。电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，电子通过外电路作功，反应产物为水。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为0．7 V 左右。为了满足一定应用背景的功率需求，燃料电池通常由数百个单电池串联形成燃料电池堆或模块。因此，与其它化学电源一样，燃料电池的均一性非常重要。燃料电池发电原理与原电池类似( 见图1) ，但与原电池和二次电池比较，需要具备一相对复杂的系统，通常包括燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统，其工作方式与燃机类似。理论上只要外部不断供给燃料与氧化剂，燃料电池就可以续发电。

燃料电池及其在船舶上的应用研究

燃料电池及其在船舶上的应用研究随着国际社会对节能减排越来越重视，清洁能源的应用也开始成为社会的关注热点。作为能源消耗巨大的航运业，清洁能源在船舶上的应用显得愈发重要。燃料电池作为新型清洁能源已经在汽车上得到应用，文章根据国内外研究现状，以实际案例对船用燃料电池做出分析，并给出了燃料电池发电系统在船舶应用和船舶布置方面的建议。标签：清洁能源；燃料电池；航运业 1 国外燃料电池在船上应用的现状船用燃料电池的研发开始于21世纪，主要以欧洲造船强国为中心。由挪威船社研制的第一艘通过燃料电池进行供电运行的船舶2009年12月实验运营，这个项目的成功预示着未来船舶动力系统的环保革新。挪威船级社为了研究船舶如何降低排放的难题，在“Viking Lady”号上做了一个试验，以燃料电池组为对象，将该电池组与船舶的推进系统结合，形成了混合动力推进系统，经过实际的运行测试，该电池组为船舶提高了30%的功率，并且安全运行了18500小时。 2 国内燃料电池在船上应用的现状我国对燃料电池研究相对于国外较晚，经过国内专家多年的研究，在质子交换膜燃料电池上的研究获得了重大的发展，各种燃料电池项目慢慢应用到了相应的设备上，2001年7月由上海交大燃料电池研究所实施的“1～1.5kW熔融碳酸盐燃料电池系统”项目已通过成果鉴定。目前上海海事大学“电力电子与电力传动”学科，在上海市教委的支持下，利用重点学科经费，成立了“燃料电池电力推进”实验室，要把燃料电池运用到船舶上来，实现新能源的电力推进。 3 主电源 3.1 主电源的一般要求（1）主电源装置应能确保为保持船舶处于正常操作状态和满足正常居住条件所必须的所有电气设备供电。（2）自航船舶应至少设置两组主电源装置。非自航船舶可按使用所需设置主电源装置。 3.2 主电源的配备（1）对于动力操舵装置、为主机服务的各种辅机、消防泵、舱底泵等船舶正常运行所必需的设备均为电力供电时，应至少设置2台与主机独立的发电机组。

燃料电池研究现状与未来发展

燃料电池研究现状与未来发展香山科学会议第59次学术讨论会于1996年8月24～27日举行。会议主题是“燃料电池研究现状与未来发展”。会议执行主席路甬祥与王佛松院士主持了会议。42位来自中国科学院、全国高校及公司等25个单位的燃料电池及相关学科的专家学者共同研讨燃料电池的发展现状和未来走向，以及发展我国燃料电池技术大计。会议综述报告及中心议题讨论内容主要包括3部分：(1)燃料电池的总体评价；(2)目前处于研究开发阶段的3种类型燃料电池的评价；(3)我国发展此技术应采取的战略与策略。一、燃料电池的技术评价燃料电池(Fuel cell缩写FC)是将气体燃料的化学能直接转化为电能的电化学连续发电装置。电池电化学基本反应：H2十l／202＝H20和CO十1／202＝C02。自150余年前被发明以来，现已发展了6种形式。它们分别为碱性(AFC)、磷酸(PAFC)、熔融酸盐(MCFC)、固体氧化物(SOFC)、聚合物离子膜(PEMFC或SPFC)及生物燃料电池(BEFC)。概括而言，燃料电池具有以下优点：(1)能量转换效率高达45—60％。而火电和核电为30一40％；(2)有害气体SO x、NO x及噪音排放很低；CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低；元机械振动；(3)燃料适用范围广，凡能

转化为H2和CO燃料均可使用；(4)积木性强；规模及安装地点灵活；规模小(数十千瓦级)影响能量转换效率不明显。现PAFC在发达国家已商业化；AFC在60年代末即用于航天器。其它方面的应用不如PEMFC更具优势；BEFC尚处于实验室的探索性基础研究阶段。目前各国的燃料电池的研究开发重点主要集中在MCFC、SOFC和PEMFC上。 1．MCFC运行温度650℃，燃料适用范围广，电催化剂为非贵金属，余热可为燃气轮机所利用，适用于固定式发电电站。在各国对燃料电池的经费投入中，MCFC所占比例最大。现国外(美、日、西欧)已有100kW级发电系统的运行，预计美国2000年实现商业化，日本计划2005年实现商业化。目前MCFC研究需要解决的关键技术问题有：(1)阴极(NiO)溶解，这是影响电池寿命的主要因素；(2)阳极蠕变；(3)熔盐电质对电池双极板的腐蚀；(4)电解液流失。 2．SOFC作为运行温度最高的燃料电池(800—l000℃)，功率密度高，采用全固体结构，无腐蚀性液体，燃料适用范围广，天然气可不经重整直接使用。其尾气温度高达900℃，可为燃气轮机和蒸汽轮机所用，发电效率可达70％，如加上余热利用其燃料利用率可达90％，可用于大中小型电站，作为运载工具的驱动电源也有应用前景。目前SOFC研究十分活跃，电池模块的制备规模在美、日、德三国已达20一30kW。2000一2010年间可实现商业化。目

加大船用氢燃料电池技术推广,打造全球最大电动船市场

加大船用氢燃料电池技术推广，打造全球最大电动船市场中国是造船大国，船运交通大国，船舶污染大国！目前国内新能源补贴政策是" 重车轻船"，这不利于船舶污染治理和新能源船舶技术推广。氢云链认为，目前国内电动车已经进入市场化阶段，而车用燃料电池处在产业化落地阶段，现阶段发展船用燃料电池推广的时机已经成熟，车用、船用燃料电池同步发展具有产业协同效应，既可以实现治理船舶污染、节能减排和技术转型升级目标，也可以像电动车市场一样，倒逼中国企业打造出一个全球最大的" 电动船" 市场。 9 月19 日，《交通强国建设纲要》（下称《纲要》）正式对外发布，其中明确了构建物流强国目标，并在氢能基础建设、城市物流电动化、新能源船舶运输等多个方面对氢能产业发展形成更多的政策支持和实质利好。事实上，发展新能源船舶在全球早有尝试，但在《纲要》出台之前，国内新能源船舶处于概念或者示范运营摸索阶段。部分船运交通大省，如浙江、江苏、广东率先开展了第一批纯电动船舶示范运营项目。最近，新加入长三角一体化的安徽省铜陵市启动" 氢动长江" 计划，利用长江港口区优势，选择从氢能动力船舶领域切入氢能产业发展，进而实现了国内新能源船舶技术路线多元化发展新格局。＂氢动长江＂与此次《纲要》的出台时点近，可见，《纲要》的出台意义重大，标志着我国政策支持下的新能源船舶行业将正式拉开序幕，换句话说，物流强国战略离不开绿色船舶、绿色长江产业的崛起。现阶段，在技术路线选择上，新能源汽车的" 锂电、氢燃料" 路线之将再一次上演。锂电和燃料电池谁才是新能源船舶的最好选择？同样地，若考虑到目前国内车用燃料电池应用还处在市场导入期，这个时候讨论船用燃料电池应用是否现实？安全、规范和标准等这些阻碍船用燃料电池产业化的拦路虎问题该怎么办？而技术、成本和规模之间的" 蛋和鸡"

浅析我国燃料电池行业发展现状及对策建议

浅析我国燃料电池行业发展现状及对策建议一、燃料电池行业最前沿技术简析在碳中和目标下，汽车产业的能源革命是行业发展的一个必然趋势。与锂电池相比，氢能更清洁。氢燃料电池的产业链很长,在制氢、储氢、运氢、加氢的各个环节都有自己的核心技术。无论是在被誉为“终极环保”的氢能领域，还是包括车用、备电、热电联供、叉车、无人机、船用和分布式发电等在内的下游应用端。同时，在动力总成与关键零部件方面也有相应的技术攻关。在技术的成熟度和先进性方面，车用领域是走在最前面的。由氢燃料电池发动机、车载储氢系统、DC/DC、动力电池系统、电驱动系统、控制系统等组成的燃料电池动力总成系统已经趋于成熟。不论是在燃料电池乘用车还是商用车，国际国内很多地方已经开始了商业化示范运营，效果很好。燃料电池车将会在新一轮能源技术革命中脱颖而出，呈现在人们眼前的将会是氢能驱动的美好未来。在应用方面，燃料电池车辆零污染、零排放、低噪音，起步瞬间相比传统动力车辆更加迅速。在大家关注的续航里程方面，相比于纯电动，加注一次氢气能运行500公里，并可以通过增大储氢量进一步延长续时里程，整车一次氢气加注时间约为10分钟，远远优于纯电动充电时间，还可实现低温冷启动，已经具备了规模化量产的条件。

二、国内燃料电池技术发展现状 2016年以来，中国氢燃料电池实现了高速发展。2020年9月，国家相关部委出台了“以奖代补”的政策，将加快燃料电池技术在交通运输领域的商业化、推动燃料电池产业链发展。该政策将示范期暂定为四年，在这四年政策窗口期，技术落后、成本过高的企业将进一步被淘汰，优势资源更加集中，有利于行业技术进步，培育龙头企业。目前，燃料电池技术在商用车和客车方面已有了一定程度的推广。与锂电池相比，氢燃料电池能量密度高，也更适合低温环境，适合重卡、物流车等距离长、载重大的商用车辆使用。基本上已经实现了从小型物流车到中重型卡车的全覆盖。以重卡为例，国内单系统最大功率可以达到110kw以上，系统的使用寿命也逐步在提高，可以满足增程式商用车使用需求。燃料电池公交车在一些地区已经开展了几年的示范运行，人们的接受度也已经逐渐提高。供应链方面，近几年有了非常明显的进步。目前除了质子交换膜、催化剂和碳纸三个基础材料和部分传感器外，正在进行国产材料的验证，其它核心零部件如电堆、空压机、氢循环系统、DCDC、储氢瓶等，国产化率已经非常高。三、中国氢燃料电池的短板在哪里？一是燃料电池的基础材料国产化程度需要进一步提高。由于国内的基础材料质量参差不齐，产品的可靠性和耐久性尚需提高，

船用氢燃料电池推进技术发展趋势

船用氢燃料电池推进技术发展趋势一、前言船舶是为航运业、海洋开发及国防建设提供技术装备的综合性产业，对钢铁、石化、纺织、装备制造、电子信息等重点产业发展和扩大出口具有较强的带动作用，是国家实施海洋强国和制造强国战略的重要支撑。《中国制造2025》已将高技术船舶列为十大重点发展领域之一。船舶的传统动力推进装置，如柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等，通过消耗柴油来产生动力，存在如下主要问题：燃料能量转换效率低（约35%）；柴油机的振动噪声等级高，极大降低了船舶的舒适度；燃料燃烧产生大量温室气体、氮氧化物、硫氧化物和颗粒物，造成严重的生态环境污染；化石能源是非可再生能源，而且现有的化石能源储量有限，不能支撑人类的持久发展。因此，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已经成为绿色船舶的重要发展方向。氢燃料电池是21世纪绿色动力能源技术制高点，是一种将自身携带氢燃料与氧化剂中的化学能经电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高、能量密度高、振动噪声低和零排放等优点。此外，氢是可再生能源，可通过太阳能、风能、水势能、生物能等绿色能源制氢获得。因此，氢燃料电池推进技术在船舶上应用可实现能源高效、零排放和船舶舒适度提升，是绿色船舶的理想动力推进装置，适应绿色船舶市场需求。二、国外船用氢燃料电池推进技术的应用现状（一）规划与标准北美、日本、韩国等先进国家和地区已将船用氢燃料电池推进技术作为政府重点支持方向，相继颁布一系列规划与标准，引导并支持氢燃料电池船舶产业发展。北美：对氢能的研发始于1973年的石油危机，当时成立了国际氢能协会，并在美国迈阿密海滩召开了有关该主题的第一界国际会议，美国能源研究开发署（ERDA）对氢能研究计划加以扶持，作为对美国政府能源自给不成功计划部分的一种弥补。2015年，美国能源局向国会提交了《2015年美国燃料电池和氢能技术发展报告》，大力投资发展先进氢燃料电池技术。2016年，美国能源部报告称，正联合制定环境、安全、许可等方面的船用氢燃料电池和加氢站行业规范。

燃料电池研究现状与未来发展

燃料电池研究现状与未来发展香山科学会议第59次学术讨论会于19９6年8月２4～27日举行。会议主题是“燃料电池研究现状与未来发展”。会议执行主席路甬祥与王佛松院士主持了会议。4２位来自中国科学院、全国高校及公司等25个单位的燃料电池及相关学科的专家学者共同研讨燃料电池的发展现状和未来走向，以及发展我国燃料电池技术大计。? 会议综述报告及中心议题讨论内容主要包括3部分：（1)燃料电池的总体评价;(2)目前处于研究开发阶段的３种类型燃料电池的评价;(3)我国发展此技术应采取的战略与策略。 ?一、燃料电池的技术评价 ?燃料电池（Ｆuｅl cell缩写FC)是将气体燃料的化学能直接转化为电能的电化学连续发电装置。电池电化学基本反应：H２十l／202=H20和CO十1／２02＝Ｃ02。自１５0余年前被发明以来,现已发展了6种形式。它们分别为碱性(AF Ｃ)、磷酸（PAＦC)、熔融酸盐(MCFC）、固体氧化物(SＯＦＣ)、聚合物离子膜(PＥMFC或SPFC）及生物燃料电池（BＥFC)。概括而言,燃料电池具有以下优点:(１)能量转换效率高达4５—60％。而火电和核电为30一40％;(２)有害气体ＳO x、NO x及噪音排放很低；ＣO２排放因能量转换效率高而大幅度降低；元机械振动;（3)燃料适用范围广,凡能转化为H2和CO燃料均可使用；(4)积木性强；规模及安装地点灵活;规模小（数十千瓦级)影响能量转换效率不明显。? 现PＡFC在发达国家已商业化；AFC在60年代末即用于航天器。其它方面

的应用不如PＥMＦＣ更具优势；BＥFC尚处于实验室的探索性基础研究阶段。目前各国的燃料电池的研究开发重点主要集中在MCFＣ、SOＦC和PEMＦC上。１．MＣＦC运行温度６5０℃,燃料适用范围广，电催化剂为非贵金属，余热可为燃气轮机所利用，适用于固定式发电电站。在各国对燃料电池的经费投入中，MCFC所占比例最大。现国外(美、日、西欧)已有1０0kW级发电系统的运行,预计美国2000年实现商业化，日本计划2005年实现商业化。目前MＣＦC 研究需要解决的关键技术问题有:（1）阴极(NiO)溶解,这是影响电池寿命的主要因素；(2)阳极蠕变;(３)熔盐电质对电池双极板的腐蚀;（４)电解液流失。? 2.SOFC作为运行温度最高的燃料电池（8０0—l００0℃),功率密度高，采用全固体结构,无腐蚀性液体，燃料适用范围广，天然气可不经重整直接使用。其尾气温度高达90０℃，可为燃气轮机和蒸汽轮机所用，发电效率可达70%，如加上余热利用其燃料利用率可达9０%，可用于大中小型电站，作为运载工具的驱动电源也有应用前景。目前SOFC研究十分活跃,电池模块的制备规模在美、日、德三国已达２0一30kW。20０0一２010年间可实现商业化。目前SOFC研究的重点在工程化和降低制作成本。 3.PEMＦC以纯氢（CＯ＜1０pｐｍ）为燃料,低温下运行，便于起动,结构简单,容易制作，无污染物排放，元腐蚀及电解流失问题,功率密度高达0.5—１.5Ｗ／cm２,适合作为移动电源，尤其用于汽车和潜艇的驱动电源目前最具吸引力。美、德、加、日等国投入巨资进行此方面的研究。降低成本主要从降低离子膜的成本和减少Pt的用量入手。PEMDC的基础研究主要集中在离子膜、系统的水热平衡和燃料储存与处理上。??二、主要学术观点

典型船舶燃料电池推进系统及储氢技术研究

典型船舶燃料电池推进系统及储氢技术研究氢能是一种可再生的绿色能源,氢燃料电池因具有诸多优点而受到重视,氢燃料电池在船舶中的应用同样面临制氢、储氢及燃料电池成本等方面的关键技术问题。本文基于该领域的研究现状,通过质子交换膜燃料电池功率曲线及所选船舶不同运行工况下的功率测试,展开典型船舶燃料电池推进系统结构设计及仿真实验,并基于动力系统输出功率与燃料电池氢燃料存储系统供氢速率相匹配的原则,研究适配的储氢方式。主要研究内容如下:第一,原型船的选择及燃料电池推进系统设计。原型船为厦门地区运行的太阳能双体游览船(船长×宽×高:15m×6m×1.9m),其空载吃水为0.8m。针对其电力推进系统及海试情况,确定了原船仅由太阳能发电推进的经济航速,即电机转速在800r/min时,运行工况的功率需求约为3.6k W。故需选择输出功率为3.5k W的质子交换膜燃料电池。依据原船的电力推进系统和能量管理策略,提出了由燃料电池发电系统、储能系统、推进系统、检测及能量管理控制系统组成的动力系统方案。第二,燃料电池输出功率性能测试平台搭建。根据原型船典型工况下的输出功率,选配了3.5k W级质子交换膜燃料电池,并完成了燃料电池发电功率测试平台的搭建。在55℃条件下测试的燃料电池的输出功率为:额定功率点为(155A,21V),额定功率为3.2k W。当电堆电流值达到175A左右时,其输出功率可达到3.6k W。第三,船用燃料电池推进系统的建模与仿真。基于MATLAB/Simulink,建立船舶DC/DC变换器、储能系统、能量管理以及

推进装置数学模型,并对燃料电池船舶电力推进系统在典型工况下进行仿真实验。结果表明,单燃料电池电堆推进时,燃料电池输出功率能够满足3.6k W的功率需求;但当电机转速在1400r/min时,锂电池组放电量的高达13k W,不符合能量管理的设计要求。因此,将系统完善为双电堆推进,仿真结果表明电机转速在1400r/min时,系统中锂电池组放电量仅为8.5k W。而仅在双电堆运行时,船舶电机转速可维持在1000r/min的工况下航行,满足设计要求。此时燃料电池的供氢速率约为31L/min,1min仿真实验耗氢量达5g。第四, 储氢方式的研究。为研究“氢溢流”对于常温下活性炭的吸附储氢的影响,对负载金属Ni前后的比表面积为1916m2/g的活性炭进行储氢量测试。结果表明:负载Ni后活性炭的储氢量在40℃、8MPa条件下提高了1.45倍,其对应的储氢质量密度分别为 0.18wt%、0.26wt%;在温度60℃、8MPa条件下,负载Ni后活性炭的储氢质量密度可达到0.23wt%,与40℃时的相比虽然储氢量较少,但相差不大。这说明温度升高,负载的Ni催化作用增强,可以保证负载Ni后的活性炭在较高温度下仍具有一定的储氢能力。

氢能源的应用

伟大人生摘要随着人口的增加、工业的迅速发展，人类对能源的需求越来越大。而氢能源作为一种清洁高效的新能源越来越引起人们的重视，人们加快了氢能源开发的脚步，使得氢能源的广泛应用逐步变为可能。当下，阻碍氢能源被广泛应用的最大瓶颈是氢气的制备、分离、储备、运输、使用、安全等。本文将就以上几个方面介绍一下氢气的相关知识，并对氢能源的应用前景做相关阐述。关键词：氢气的制备；分离；储备；运输；使用；安全问题；应用前景目录一、氢的基本性质二、氢气制备化石燃料制氢电解水制氢生物质制氢光催化制氢三、氢分离与提纯四、储氢方法高压储氢液态储氢储氢合金和金属氢化物无机非金属储氢材料五、氢能源的应用正文一、氢的基本性质

氢原子H代表了最基本的原子结构：一个仅由一个质子构成的原子核和原子核外的一个电子，因此是原子结构研究的模型体系。氢原子的一些基本性质见下表的同位素。D的氧化物称为重水，工业上通过富集海水中的重水来得到纯的重水，重水在核反应中能作为快中子的吸收剂，对生物体有微毒性。重水在核反应中也作为中子的减速剂，以提高核裂变反应引发的几率。原子核中有两个中子的同位素称为氚。氚不稳定，现在主要通过中子照射Li同位素制备得到。氚的主要用途是在核聚变中，氚与氚的聚变反应可放出的能量。氚对人体有一定的伤害，但由于其半衰期短，因此危害性较小。氢气是最简单的双原子分子，两个电子自旋相反，因此氢气呈抗磁性。无论气态、液态还是固态，氢气都是绝缘体。液态氢常用作高密度氢气存储介质，主要用于火箭推进剂燃料。液态氢需要在低温下贮藏，低温系统的故障将导致氢气的泄露，因此在液态氢气的存储和运输过程中应十分小心。原子核聚变反应生成新的元素，同时反应中质量的改变伴随着能量的释放和吸收，氢元素的聚变反应能释放大量能量，而生成质量高于铁原子的原子核的聚变反应则吸收能量。最常见的聚变反应是氢的两种同位素之间的聚变。聚变释放的是原子核中核子的结合能。在形成原子核时，每个核子都会受到相邻核子的短程吸引力，由于核子数较小的原子核中位于表面的核子数目较多，收到的吸引力较小，因此每个核子的结合力随原子序数的增加而增加，担当原子核直径约为4个核子时达到饱和。与此同时带正电的原子核和质子会由于库伦力二相互排斥，从而释放出大量能量。二、氢气制备 1、煤炭制氢煤炭制氢是以煤炭为还原剂，水蒸气为氧化剂，在高温下将炭转化为CO和H2为主的合成气。经过煤气净化、CO转化以及H2提纯等生产环节生产H2。化学反应过程为：C+H2O=CO+H2 CO+H2O=CO2+H2 煤炭制氢技术已相当成熟，已经被商品化，但是此法比较复杂，制氢成本高，制备过程中产生的CO2会造成温室效应。 2、天然气制氢天然气制氢包括甲烷水蒸气重整，部分氧化，自热重整三步。水蒸气重整是甲烷和水蒸气吸热转化为H2和CO。 CH4+H2O=CO+H2 反应所需热量由甲烷燃烧产生的热量来供应。发生这个过程所需温度为700-800摄氏度，产物为CO和H2，CO再通过水汽转移反应进一步转化为CO2和H2。天然气部分氧化制氢过程就是通过甲烷和氧气的部分燃烧释放出的CO和H2。 CH4+O2=CO+H2 这个过称谓放热反应，不需要额外的供热源。

燃料电池研究现状与未来发展

燃料电池研究现状与未来发展文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

燃料电池研究现状与未来发展香山科学会议第59次学术讨论会于1996年8月24～27日举行。会议主题是“燃料电池研究现状与未来发展”。会议执行主席路甬祥与王佛松院士主持了会议。42位来自中国科学院、全国高校及公司等25个单位的燃料电池及相关学科的专家学者共同研讨燃料电池的发展现状和未来走向，以及发展我国燃料电池技术大计。会议综述报告及中心议题讨论内容主要包括3部分：(1)燃料电池的总体评价； (2)目前处于研究开发阶段的3种类型燃料电池的评价；(3)我国发展此技术应采取的战略与策略。一、燃料电池的技术评价燃料电池(Fuelcell缩写FC)是将气体燃料的化学能直接转化为电能的电化学连续发电装置。电池电化学基本反应：H 2十l／20 2 ＝H 2 0和CO十1／20 2 ＝C0 2 。自150 余年前被发明以来，现已发展了6种形式。它们分别为碱性(AFC)、磷酸(PAFC)、熔融酸盐(MCFC)、固体氧化物(SOFC)、聚合物离子膜(PEMFC或SPFC)及生物燃料电池(BEFC)。概括而言，燃料电池具有以下优点：(1)能量转换效率高达45—60％。而火电和核电为30一40％；(2)有害气体SO x 、NO x 及噪音排放很低；CO 2 排放因能量转换效率高而大幅度降低；元机械振动；(3)燃料适用范围广，凡能转化为H和CO燃料

均可使用；(4)积木性强；规模及安装地点灵活；规模小(数十千瓦级)影响能量转换效率不明显。现PAFC在发达国家已商业化；AFC在60年代末即用于航天器。其它方面的应用不如PEMFC更具优势；BEFC尚处于实验室的探索性基础研究阶段。目前各国的燃料电池的研究开发重点主要集中在MCFC、SOFC和PEMFC上。 1．MCFC运行温度650℃，燃料适用范围广，电催化剂为非贵金属，余热可为燃气轮机所利用，适用于固定式发电电站。在各国对燃料电池的经费投入中，MCFC 所占比例最大。现国外(美、日、西欧)已有100kW级发电系统的运行，预计美国2000年实现商业化，日本计划2005年实现商业化。目前MCFC研究需要解决的关键技术问题有：(1)阴极(NiO)溶解，这是影响电池寿命的主要因素；(2)阳极蠕变；(3)熔盐电质对电池双极板的腐蚀；(4)电解液流失。 2．SOFC作为运行温度最高的燃料电池(800—l000℃)，功率密度高，采用全固体结构，无腐蚀性液体，燃料适用范围广，天然气可不经重整直接使用。其尾气温度高达900℃，可为燃气轮机和蒸汽轮机所用，发电效率可达70％，如加上余热利用其燃料利用率可达90％，可用于大中小型电站，作为运载工具的驱动电源也有应用前景。目前SOFC研究十分活跃，电池模块的制备规模在美、日、德三国已达20一30kW。2000一2010年间可实现商业化。目前SOFC研究的重点在工程化和降低制作成本。

燃料电池客车发展情况及技术发展趋势

燃料电池客车发展情况及技术发展趋势一、燃料电池汽车政策分析《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策方的通知》（财建(2015)134号）中明确：“2017-2020年，除燃料电池汽车外，其他车型补助标准适当退坡”，明确了国家对燃料电池汽车产业发展的支持态度。而《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出，要系统推进燃料电池汽车研发与产业化，到2020年，实现燃料电池汽车批量生产和规模化示应用。在财政补贴层面，国家也给予了大力支持，包括整车补贴、加氢站补贴、免征购置税以及运营补贴等。其中，整车补贴额度从20万到50万每辆不等，一个加氢站则补贴400万元，运营补贴中，燃料电池客车补贴为6万元/辆/年。二、氢燃料电池产业链概述氢燃料电池汽车产业链包括制氢、储氢、运氢、加氢、应用（燃料电池汽车/有轨电车）等环节。氢气制造一般是通过将化石原料、化工原料、工业尾气、可再生能源以及水等经过处理来获取，每种获取途径其成本和环保属性都不同。中国目前主要通过工业尾气处理以及电解水来制氢。长河认为，对于燃料电池来说，现在配套基础设施还有待进一步完善，需要政府以及行业机构以及专家尽快推进立法和相应的技术标准予以规。

长河表示，制氢的方法和方案比较多，而目前燃料电池汽车使用最大瓶颈和最大的障碍是缺乏加氢站。据其统计，截止到2013年底，全球加氢站只有228座，对于我国来说，我国真正投入商业化、用于燃料电池的加氢站只有两座，仅仅限于国比较大的城市，就是和，处于示运营阶段，与国外说的氢高速公路，也就是一条高速公路有多个加氢站相比，差距比较大。在整个氢燃料电池产业链中，氢燃料电池发动机处于绝对的核心地位，氢燃料经过发动机转化为电能应用到终端。长河表示，目前制约中国燃料电池汽车发展的瓶颈，就是氢燃料电池发动机。虽然国有不少高校和相应科研机构以及企业，在就燃料电池发动机技术展开相应研究和示性运营应用，但是氢燃料电池发动机核心技术，这两年通过评估，能够达到产业化或者达到工业化应用的，核心技术仍然掌握在国外企业手中。

经典必读,一文看懂燃料电池发展现状及展望(衣宝廉院士文章)

经典必读,一文看懂燃料电池发展现状及展望(衣宝廉院士文章) 1 氢能与燃料电池的战略意义由于能源需求的日益增长，化石燃料的消耗与 CO2 排放总量快速上升，“清洁、低碳、安全、高效”的能源变革已是大势所趋。可再生能源（如太阳能、风能、水电等）作为替代能源大规模使用却受限于其固有的间歇性、波动性与随机性；而氢是一种洁净的二次能源载体，能方便地转换成电和热，转化效率较高，有多种来源途径。采用可再生能源实现大规模制氢，通过氢气的桥接作用，既可为燃料电池提供氢源，也可绿色转化为液体燃料，从而有可能实现由化石能源顺利过渡到可再生能源的可持续循环，催生可持续发展的氢能经济。氢能作为连接可再生能源与传统化石能源的桥梁，可以为实现“氢经济”与现在或“后化石能源时代”能源系统起到桥接作用。因此，氢能作为洁净能源利用是未来能源变革的重要组成部分。氢燃料电池具有燃料能量转化率高、噪音低以及零排放等优点，可广泛应用于汽车、飞机、列车等交通工具以及固定电站等方面。从燃料电池在载人航天、水下潜艇、分布式电站获得应用以来，燃料电池一直受到各国政府和企业的关注，其研发、示范和商业化应用的资金投入不断增加。在未来煤电占比相对较低的情况下，由于风能、太阳能等可再生能源技术规模的增大，整个上游的电源结构会越来越清洁。在这种结构下，新能源汽车特别是纯电动汽车、基于电解水制氢的燃料电池汽车，排放强度会明显下降。而燃料电池汽车不同于纯电动汽车的是，它实现了上游发电和终端用电在时间上的“分离”，进而使得氢能相比于波动性较大的风能和太阳能（纯电动车技术路线）的互补能力更强。因此，发展氢能和氢燃料电池具有巨大的能源战略意义。 2 国外氢能与燃料电池发展现状及分析

低温燃料电池在船舶上的应用

低温燃料电池在船舶上的应用概论由于传统蒸气机和内燃机消耗了大量不可再生的自然资源并造成了严重的环境污染, 为了解决经济发展与能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾, 研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已经成为当前迫切的任务。燃料电池技术由此应运而生, 从1839年William Robert Grove 发现了燃料电池的电化学反应原理到今天, 燃料电池技术一直在不断发展, 并逐渐应用在社会的各个领域。燃料电池是一种把贮存在燃料和氧化剂中的化学能, 等温地按电化学原理转化为电能的能量转换装置。燃料电池由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成。燃料在阳极氧化、氧化剂在阴极还原, 电子从阳极通过负载流向阴极构成回路, 产生电能而驱动负载工作。其工作原理如图1 所示,O2在阴极还原为O2-,O2-在阳极将供人的燃料氧化产生电子并发出热量。不同种类的燃料电池其工作原理是相似的, 不同的只是材料、燃料、催化剂和发生的反应。 1.燃料电池的种类及其特点燃料电池有不同的分类标准, 根据工作温度的不同可以分为三种: 低温、中温和高温燃料电池; 根据电解质的不同, 大致可分为五类: 碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池( MCFC) 和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。目前常用电解质作为划分标准,电解质的类型决定了燃料电池的工作温度、电极上所采用的催化剂以及发生反应的化学物质。表

1 列出了不同燃料电池的主要特征。目前最方便利用的燃料电池技术是PAFC, 磷酸作为电解液, 阳极和阴极都有铂作为催化剂, 但它的生产成本太高而且效率相当低。更加廉价高效的燃料电池, 如SOFC和MCFC, 已经应用在工业能源领域, 预计在今后几年内会比PAFC 更具竞争力。低温燃料电池, 尤其是PEMFC , 已经应用在交通运输和便携式设施中, 这些设施需要快速起动、结构紧凑和低温环境。在这些设施中, 废热通常不被利用。其主要缺点是需要高纯度的氢和贵重金属铂作为催化剂。高温燃料电池( SOFC和MCFC ) 效率高, 废热可以充分利用, 更适合工业应用。在连续工作时, 机器长时间的运转并不是一个问题。SOFC 技术现在主要向辅助动力装置方向发展, 以给对电力需求不断增长的汽车提供动力。SOFC 技术分为管状和平面技术, 平面技术在大批量生产时具有成本效益, 而且功率密度高,可以在650~800℃的温度范围内工作, 这样装置的某些部件就可以使用常规材料以降低成本。磷酸型燃料电池（包括PAFC和PEMFC）是低温燃料电池，也被称为第一代燃料电池。它的电解质是采用浓磷酸水溶液，电极多采用碳的多孔体，由于工作温度低，为了促进反应，利用铂（Pt）作触媒。它利用燃料气体或城市水煤气（CH4+H2O）经质改后产生的H2、CO和

核能在民用船舶上的应用

核能在民用船舶上的应用轮机1006班田相龙0121005200628 1.船舶行业发展新能源的意义我国是一个人口众多、资源相对不足、生态先天脆弱的发展中国家。随着经济的快速增长和人口的不断增加，缓解资源不足的矛盾，改善生态环境，实现可持续发展，成为我们十分紧迫的任务。长期以来，我国政府高度重视资源环境问题，把节约资源、保护环境作为基本国策，努力建设资源节约型、环境友好型社会。自上世纪七十年代的石油危机以来，燃油价格一直攀升，燃料费用占船舶营运开支的比重，从原来的百分之十几增加至百分之三十到四十。因此，节能减排成为了世界上各大航运企业关注和投入的焦点，常规能源的日益枯竭迫使人们考虑如何节约现有能源和开发利用新的能源。在船舶行业中，船舶推进装置主要是由船用柴油机作为船舶推进动力带动螺旋桨组成，船用柴油机也逐渐成为船舶推进动力的主流。最近60年，船用柴油机取得了巨大的发展；在全球经济持续发展的今天，世界物资运输所需要的船舶数量也愈来愈多，随之而来的船舶排放废弃物对环境的污染也日趋严重。众所周知，全球石油资源在日益耗尽，人们必须在石油没有用完的大约60年的时问内，找到新的能源以及相匹配的动力装置，为此新能源与可再生能源动力船舶和环保型船舶成为了研究热点。新能源与可再生能源是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能以及海洋能等一次能源。研究和实践表明，新能源和可再生能源资源丰富、分布广泛、可以再生且不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源。新能源和可再生能源的开发利用不仅可以解决目前世界能源紧张的问题，还可以解决与能源利用相关的环境污染问题，促进社会和经济可持续性发展。根据国际权威机构的预测，到21世纪60年代，全球新能源与可再生能源的比例，将会发展到世界能源构成的50％以上成为人类社会未来能源的基石和化石能源的替代能源。目前世界大部分国家能源供应不足，不能满足经济发展的需要，各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升温。在2l世纪，能源是国民经济发展的动力，也是衡量综合国力、国家文明发展程度和人民生活水平的重要指标。随着石油资源的枯竭和环保要求的不断提高，绿色船舶已成为未来船舶发展的方向其中研究利用清洁能源船舶辅助系统最具有革新性和代表性。其将充分利用风能、太阳能以及波浪能等零污染或可再生能源，为船上设施提供相对独立的能量来源，在降低船舶发电机或主机能耗的同时保证船舶的正常航行。太阳能主要是通过布置在船舶上的太阳能电池板等装置进行能量收集，随后转换成光伏电能将被直接应用于电气设备或储存起来。太阳能在船舶中应用主要以太阳能光伏发电系统为主，是最具有前景的船用新能源之一。风能也是比较容易开发的新能源，全球范围内都分布着比较丰富的风力资源，将风能应用在船舶上便成为人们研究的热点。首先，风能的利用有着悠久的历史和丰富的经验；其次，风能是取之不尽用之不竭的自然能源。风能主要是通过布置在船上的风帆借助风的能量，在保证船舶各项性能稳定的条件下，从而推动船舶前进。因此，对于我国这样一个能源短缺的发展中国家来说，将太阳能和风能、核能等新能源应用在船舶上有着重要的意义和深远的影响。 2新能源发电方式能源都来自于自然界,基本上可以分为可再生能源和不可再生能源两大类,可再生能源的