燃料电池材料研究进展-完整版
微生物燃料电池纳米纤维极材料的研究进展
微生物燃料电池纳米纤维极材料的研究进展一、简述随着全球能源需求的不断增长和环境污染问题的日益严重，寻找清洁、高效的能源替代方案已成为全球科学家和工程师的重要课题。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells, MFCs)作为一种新型的可再生能源技术，因其具有高能量密度、低成本、无污染等优点，近年来受到了广泛关注。
然而MFCs的实际性能受到电极材料的影响，因此研究高性能电极材料对于提高MFCs的能量转换效率具有重要意义。
纳米纤维极材料作为一种新型电极材料，具有比表面积大、导电性好、机械强度高等优点，被认为是MFCs领域的一个重要研究方向。
近年来研究人员通过合成、改性等多种方法制备了一系列纳米纤维极材料，并在MFCs中进行了性能测试。
这些研究表明，纳米纤维极材料可以显著提高MFCs的电流密度和功率密度，同时降低电极材料的体积和重量，从而提高MFCs的性能。
此外纳米纤维极材料还具有良好的耐腐蚀性和生物相容性，有利于实现MFCs的长期稳定运行。
尽管纳米纤维极材料在MFCs领域取得了一定的研究成果，但仍面临着许多挑战，如纳米纤维的可控性不足、电极材料的稳定性差等问题。
因此未来研究需要进一步优化纳米纤维极材料的制备工艺，提高其性能稳定性，以满足MFCs的实际应用需求。
1. 微生物燃料电池的概述；微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是一种利用微生物(如细菌、真菌等)作为催化剂，通过氧化还原反应将有机物转化为电能的新型能源设备。
自20世纪90年代以来，微生物燃料电池因其具有低成本、无污染、可再生等优点，逐渐受到学术界和工业界的关注。
近年来随着生物技术的发展，微生物燃料电池的研究取得了显著的进展，不仅在理论上得到了深入探讨，而且在实际应用中也取得了重要突破。
微生物燃料电池的核心部件是电极材料，其性能直接影响到电池的性能和稳定性。
因此研究和开发高性能、高稳定性的电极材料对于提高微生物燃料电池的能量效率和使用寿命具有重要意义。
浅论燃料电池的国内外研究与进展
Nov . 2010 106
现代化工 M odern Chem ica l Industry
第 30卷增刊 ( 2) 2010 年 11 月
浅论燃料电池的国内外研究与进展
云 洁 ( 江苏省科学技术情报研究所, 江苏 南京 210042)
摘要 : 论述了燃料电池的国内外发展研究现状、 国内外技术和应用方面的研发动态、 市场前景及产业技术发展模式 , 指出我 国现阶段大力发展以燃料电池为主的新能源汽车产业的必要性及重要意义。 关键词 : 燃料电池 ; 质子交换膜 ; 氢能 ; 进展 ; 新能源 中图分类号 : U 473 4 文献标识码 : A 文章编号 : 0253- 4320( 2010 ) S2- 0106- 04
1 工作原理
燃料电池的组成与一般电池基本相同, 其单体 电池是由正、 负 2 个电极 ( 负极为燃料电极, 正极为 氧化剂电极 ) 以及电解质组成 ; 不同的是, 一般电池
电池类型 工作温度 / 导电离子 所用燃料 功率 /kW 燃料效率 /% 寿命 /h 成本估算 /美元 k W- 1 应用领域 A FC 50~ 200 OH 纯氢气 20~ 100 65 3000~ 10000 1000 PAFC 100~ 200 H+ 重整气 200~ 10000 40~ 45 30000~ 40000 200~ 3000
燃料电池气体扩散层中碳纸材料研究进展
摘要：质子交换膜燃料电池（P E M F C）是一种高效的无污染装置因而受到广泛关注。
然而，PE M F C仍存在成本高、稳定性差等问题，制约了PEMFC的大规模商业应用。
气体扩散层是PEMFC中的重要组成部分。
针对PEMFC低成本、高性能先进材料的需求，本文综述了气体扩散层基材碳纸、微孔层的改性制备、气液传输和水管理、孔结构的模拟与设计等方面的研究进展，并指出了碳纸基气体扩散层未来的发展方向。
关键词：PEMFC；碳纸改性；气体扩散层；微孔层；水管理Abstract: PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) has attracted wide attention as an efficient and pollution-free device. However, there still exist some problems such as high cost and poor stability, which restrict its large-scale commercial application. Gas diffusion layer is an important part of the cell. In order to meet the demand of low cost and high performance advanced materials for PEMFC, the research progress of carbon paper base material, preparation of microporous layer, gas-liquid transfer and water management, simulation and design of pore structure are reviewed, and the future development direction of carbon paper base gas diffusion layer is pointed out.Key words: PEMFC; carbon paper modification; gas diffusion layer; microporous layer; water management燃料电池气体扩散层中碳纸材料研究进展⊙ 陈逸菲 赵思涵 赵浩轩 郭大亮*（浙江科技学院环境与资源学院，杭州 310023）Research Progress of Carbon Paper Materials in Gas Diffusion Layers of Fuel Cells⊙ Chen Yifei, Zhao Sihan, Zhao Haoxuan, Guo Daliang *(College of Environment and Resources, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou, Zhejiang 310023, China)中图分类号：TS761.2文献标志码：A 文章编号：1007-9211(2023)24-0001-09陈逸菲 女士在读硕士研究生；从事纸基功能材料方面的研究工作。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
燃料电池材料研究进展
PEMPC的优点：
(1)高效节能，实际能量转化效率达40％ 50％； (2)工作电流大(14 A/cm2，0.6V)，比功率高(0.1 0.2kw/kg)，比能量大． (3)使用固体电解质膜，可以避免电解质腐蚀; (4)工作稳定可靠，常温下有80％的额定功率; (5)条件温和，可在低温( 100C)下运行； (6)冷启动时间短，可在数秒内实现冷起动； (7)环境友好，实现零排放(无S02，N02，产物为H20)， 无噪音； (8)燃料来源广，既可使用纯氢，又可使用转化燃料； (9)设计简单、制造方便；体积小、重量轻，便于携带。
引言
随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排
放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，
因此环保问题引起了各国政府的重视。
为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正 在逐步成为一种趋势。经过各方的互相协作和努力， 燃料电池技术正日趋成熟。
从本质上讲，燃料电池(FC)是一种可以等温、直接地
类型，具有十分广阔的应用前景。
PEMFC的应用范围包括两方面： (1) 固定式电源和移动式电源，其中固定式电源可分 为大规模中心发电厂和小型分散式配置电站(源)； (2) 移动式电源则包括便携式电源、航空航天与军事 用电源以及车辆用电源等。
2-1 PEMFC的原理 质子交换膜型燃料电池以全氟磺酸型固体聚合物为 电解质，铂／碳或铂—钌／碳为电催化剂，氢或净 化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体 流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板。
直到1923 年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的
概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，
并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基 础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展课件
1.A位缺失大大提高电池性能。
0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-是LS固C体F氧系化列物阴燃料电池阴极材料的研 极中输出性能最高的阴极材料。其最大究功进展课件
率是LSM/YSZ标准阴极的两倍。
Journal of power sources,156 (2006)20-22
Seminar II
Solid
electrolyte
O2-
Porous anode
collector
Combustible Fuel
O2
e-
O2-
e-
CO2 +H2O
固体氧化物燃料电池阴极材料的研 究进展课件
Seminar II
中温固体氧化物燃料电池对阴极材料的基本要求
❖ 有较高的氧还原活性； ❖ 有较高的电导率； ❖ 与电解质和连接体材料具有良好的化学相容
Solid State Ionics 93 (1997) 207-217
Seminar II
LSM基阴极的研究进展（3）
LSM-5Ce10ScZr大大提高了LSM基阴极的电化学性能，在650°C,优化阴极 后的电池性能接近0.6/cm2.
固体氧化物燃料电池阴极材料的研
究进展课件Solid State Ionics ,176 (2005)2555-2561
Seminar II
参考文献
14. Z.H.Bi et al Electrochem. Solid state lett. 5(7) (2002) A173 15.S.P.Simner et al, Solid State Ionics ,161 (2003)11-18 16. S.P.Simner et al,Journal of power sources,113 (2003)1-10 17.A.Mai et al, Solid state Ionics,176 (2005)1341-1350 18.F.Tietz et al, Journal of power sources,156 (2006)20-22 19. 段枣树，硕士论文，新型阴极材料BSCF在IT-SOFC中的应用。 第三章，25-26 20. Z.P.shao,S.M.Haile nature 417 (2004)170-173 21.Z.S.Duan, et al, Journal of power sources, (2006) in press
燃料电池技术研究进展与展望
燃料电池技术研究进展与展望燃料电池技术是一种无污染能源技术，利用化学反应产生电力。
它可以使用任何氢源，包括水、氢气和氢化物，以及碳氢化合物和甲醇等化石燃料。
燃料电池技术的优点在于高效、低污染、便携、静音、易于维护和使用的现实。
目前，燃料电池技术已经广泛应用于汽车、航空、航天、军事、发电和移动设备等领域。
在汽车领域，燃料电池技术与电动汽车技术和混合动力技术并列成为主流的低污染能源技术。
燃料电池技术的研究和开发已经取得了长足的进展。
首先，燃料电池经过多年的研究发展，其技术性能和稳定性已得到了大幅度的提升，它已经可以满足市场需求。
其次，燃料电池的成本也在逐步降低，这使得它在各个领域有着更广泛的应用前景。
最后，燃料电池技术的热点和前沿方向主要有三个方向：新型催化剂的研究，燃料电池结构的优化，系统集成和控制技术的研究。
关于新型催化剂的研究，目前的燃料电池用的催化剂主要有铂、钯、镍等，而且铂是最优秀的催化剂，但成本昂贵。
因此，研发更便宜的催化剂已成为燃料电池技术的研究方向之一。
例如，钴基催化剂、铁基催化剂、钨基催化剂、木质素基催化剂、石墨烯基催化剂等不断涌现出来。
这些新型催化剂的研究，不仅可以实现成本的降低，也能够提高燃料电池的运行性能。
除了催化剂的研究外，燃料电池结构的优化也是燃料电池技术进一步研究和发展的一个重要方向。
为了提高燃料电池的性能和稳定性，科学家们正在研发新型燃料电池设计的构造及材料，这样可以改善氢化膜内的水汽、电液双重输运方式。
例如，金属杂化材料、薄膜材料及纳米材料等。
通过这些结构上的优化，可以进一步提高燃料电池的性能和效率。
在系统集成和控制技术的研究方面，随着对于燃料电池的了解越来越深入和生产技术的成熟，燃料电池的系统集成、控制和操作技术也得到了很大的发展。
目前，燃料电池技术与其他技术的发展，以及政策法规的促进，使得燃料电池已经成为能源领域不可忽视的一部分。
未来，随着燃料电池技术的不断研究和发展，其应用领域会更加广泛，回报会更加丰厚。
浅析燃料电池研究进展及应用
浅析燃料电池研究进展及应用摘要: 燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，能将外界提供的燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。
本文介绍了原电池的工作原理、特点和分类，并详细阐述了原电池的研究进展和应用。
关键词: 燃料电池工作原理应用随着全世界对能源的需求日益增加以及人类对环境质量的关注,采用清洁、高效的能源利用方式、积极开发新能源已经是势在必行。
燃料电池是一种电化学的发电装置,等温的按电化学方式,直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,因而能量转化效率高,且无噪音,无污染,正在成为理想的能源利用方式。
1. 燃料电池的工作原理燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应,其工作原理如图1所示。
燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。
燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极（负极）和阴极（正极）通入。
燃料气在阳极（负极）上放出电子,电子经外电路传导到阴极（正极）并与氧化气结合生成离子。
离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料气反应,构成回路,产生电流。
同时,由于本身的电化学反应以及电池的内阻,燃料电池还会产生一定的热量。
电池的阴、阳两极除传导电子外,也作为氧化还原反应的催化剂。
当燃料为碳氢化合物时,阳极要求有更高的催化活性。
阴、阳两极通常为多孔结构,以便于反应气体的通入和产物排出。
电解质起传递离子和分离燃料气与氧化气的作用。
为阻挡两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构。
图1燃料电池工作原理示意图2燃料电池的分类目前各国开发的燃料电池种类多,应用范围广泛,分类方法也多种多样。
燃料电池有不同的分类方法，本文主要介绍按电解质种类分类中的两种燃料电池。
（氢燃料电池和直接甲醇燃料电池)3燃料电池的优点燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。
从理论上来讲,只要连续供给燃料,燃料电池便能连续发电,被誉为“绿色”发电站。
燃料电池的材料科学研究进展
燃料电池的材料科学研究进展在当今能源领域，燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换装置，正引起越来越广泛的关注。
燃料电池的性能和成本很大程度上取决于其所使用的材料，因此，材料科学的研究进展对于推动燃料电池技术的发展至关重要。
燃料电池的工作原理是通过化学反应将燃料（如氢气、甲醇等）和氧化剂（通常为氧气）的化学能直接转化为电能。
在这个过程中，需要一系列的材料来实现高效的电荷转移、催化反应和离子传输等关键步骤。
首先，电极材料是燃料电池的核心组成部分之一。
对于阳极，需要能够有效地催化燃料的氧化反应。
目前，常用的阳极催化剂主要是铂基材料，但其高昂的成本和有限的资源供应限制了燃料电池的大规模应用。
因此，研究人员一直在努力寻找替代材料或改进现有催化剂的性能。
例如，非贵金属催化剂如镍、钴等以及它们的合金和化合物，在某些特定条件下表现出了一定的催化活性，但其稳定性和性能仍有待进一步提高。
同时，通过纳米技术对催化剂进行形貌和结构的调控，增加其比表面积和活性位点，也是提高催化性能的重要途径。
在阴极方面，氧气还原反应（ORR）的动力学过程较为缓慢，需要高效的催化剂来加速反应。
铂基催化剂同样是阴极的常用选择，但同样面临成本和资源的问题。
近年来，基于过渡金属氮碳化合物（MNC）的无铂催化剂成为研究热点。
这些材料通过合理的设计和合成，能够在一定程度上模拟铂的催化性能，同时降低成本。
此外，通过对催化剂的载体进行优化，如使用碳纳米管、石墨烯等具有高导电性和良好稳定性的材料，也有助于提高阴极的性能。
电解质材料在燃料电池中起着传递离子的重要作用。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）中常用的质子交换膜是全氟磺酸膜，如 Nafion 膜。
这类膜具有高质子传导率和良好的化学稳定性，但在高温和低湿度条件下性能会下降。
为了克服这些问题，研究人员开发了一系列新型质子交换膜，如部分氟化膜、非氟质子交换膜等。
此外，高温质子交换膜燃料电池（HTPEMFC）使用的磷酸掺杂聚苯并咪唑膜等，能够在较高温度下工作，提高了燃料电池的热管理和抗杂质能力。
燃料电池技术的研究进展
燃料电池技术的研究进展燃料电池技术作为新能源领域的重要技术之一，其能够实现高效、清洁的能源转换，以及能源与环境问题之间的协调。
随着中国政府对新能源产业的支持力度不断加大，燃料电池技术正逐渐成为中国新能源产业的焦点之一。
那么，在这个领域，新进展了解一下呢？本文将从燃料电池技术的原理、分类、应用等方面进行阐述。
一、燃料电池技术的原理燃料电池技术是指将化学能直接转换成电能的一种技术，其基本原理是利用化学反应产生的电子流来实现电能转换。
在燃料电池系统中，最常见的电化学反应是氢气或含氢化合物与氧气发生燃烧反应，生成水和电子。
这个过程是通过空气中的氧气进入阳极，通过氢气或其他化合物进入阴极来实现的。
在这个过程中，氢气在阳极释放电子，而氧气在阴极得到电子，两者通过电解质（通常为氢离子）中介所实现的电子转移，最终被转换成电能。
二、燃料电池技术的分类目前，燃料电池技术常见的分类主要包括酸碱型燃料电池、固体氧化物燃料电池、聚合物电解质燃料电池和直接甲醇燃料电池等。
1、酸碱型燃料电池酸碱型燃料电池，又称质子交换膜燃料电池，其电化学反应基本上是从氢气分子中提取电子进行离子交换而涉及质子传导。
在这个过程中，阳极和阴极之间的电解质通常是碱性的膜层或使用酸碱性液体电解质，如氢氧化钾、氢氧化钠等，而质子交换膜通常是材料基于钢磁铁硼、聚酯、聚芳醚酮等材料进行改性得到的。
2、固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其操作温度通常在600-1000℃之间。
在这种类型的燃料电池中，电化学反应发生在气体体积中的固体氧化物电解质-电极界面，通常由氧化物、在高温环境下的半导体材料或导电金属膜材料等组成。
此类燃料电池的电化学反应通常以甲烷、乙醇、丙烯等为燃料。
3、聚合物电解质燃料电池聚合物电解质燃料电池又称质子交换膜燃料电池。
与酸碱型燃料电池相比，聚合物电解质燃料电池的电解质通常是带正离子交换能力、能够传递质子和氯离子的质子交换膜，材料通常采用聚四氟乙烯、聚苯硫醚等。
燃料电池的发展现状及研究进展
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班姓名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，其工作方式与内燃机类似。
燃料电池的最新应用及研究进展
燃料电池的研究进展及其应用摘要：本文主要介绍了燃料电池的种类和其优缺点，按电解质分为并碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、及熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池；对其在航空、电动汽车、固定式分散电站、备用电源和家庭电源作了简要的介绍。
同时对其在燃料电池催化剂的研究进行了一定的综述。
并对燃料电池的未来进行了展望。
关键词：燃料电池催化剂质子交换膜1 引言能源是社会发展和科技进步的重要物质基础，是国民经济发展的动力也是衡量一国综合国力，是国家文明发达程度和人民生活水平的重要指标。
随着世界范围内工业的高速发展，全世界对能源的需求日益增加。
另外，能源的使用以化石燃料为主，排放了大量CO2、N2O及硫化物等污染物，造成了环境污染，严重危害人民健康。
因此，采用清洁、高效的能源利用方式，积极开发新能源，有利于国家和社会经济的可持续发展。
燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的电化学反应装置，燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板及其两侧配置的燃料极(阳极) 、空气极(阴极)和气体流路构成[1]。
该理念始于英国，是科学家格罗夫[2](W.R.Grove)在1839年首次提出了燃料电池技术，以清洁、高效、无污染的优异特质引起了世界各国政府科研机构和企业的高度重视。
2 燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的电化学反应装置。
图1表示了燃料电池的工作原理。
一节燃料电池由阳极、阴极和电解质隔膜构成。
燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，从而完成整个电化学反应。
电解质隔膜的功能为分隔燃料和氧化剂并起到离子传导的作用。
燃料电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，原则上只要反应物不断的输入，反应产物不断的排除，燃料电池就能连续地发电了[3]。
它不受卡诺循环限制，直接高效（40-60%），环境友好，几乎不排放氮氧化物和硫氧化物。
被认为是21世纪首选的直接、高效、洁净的发电技术。
燃料电池按照电解质的不同可以分为以下几类：燃料电池一般包括碱性燃料电池( Alkaline Fuel Cell，AFC)、磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC)、固体氧化物燃料电池( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)、及熔融碳酸盐燃料电池( MoltenCarbonateFuel Cell，MCFC)、质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)等，如图2所示。
燃料电池概述及其研究进展
注重“经济、可靠、安全” 突出“高效、洁净”的要求
发电技术：
近期注重提高效率,降低污染;
远期注重可再生能源发电.
发电技术类型：
火力发电
水力发电
核能发电
潮汐发电
太阳能发电
风力发电
地热能发电
生物质发电
燃料电池
火力发电
利用煤、石油和天然气等化石燃料所含能量发电。
2、燃料电池基本概念
电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，在电极上进行反应。（只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电）
燃料电池必须有一套相应的辅助系统才能工作，包括： 反应剂供给系统、排热系统、排水系统、 电性能控制系统及安全装置等。
※ 氢的独特性能
1、氢气利用
利用氢作为能源，重点要解决的是其储存和运输问题。根据储氢机制，储氢方式主要分为化学方式（氢化物等）和 物理方式（压缩、冷冻、吸附）。
储氢方法
储氢容量/%（质量）
比能量/（kW/kg）
煤炭、石油、天然气、核能、水力能、太阳能、风能、地热能海洋能、生物质能和化学能等
1. 能源形式
一次能源：
可以从自然界直接获取的能源
（不可再生能源）
（可再生能源）
煤炭、石油、天然气、核能
无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源
二次能源：
主要是电能，机械能和热能。
2. 中国能源现状
表1 各种燃料电池反应原理
图2 燃料电池结构示意图
4、燃料电池发展历程
1839年英国Grove爵士也发现了燃料电池现象，并于1842年制成了第一个真正意义上的燃料电池系统。
4、燃料电池发展历程
1838年德国物理学和化学教授Schonbein发明了燃料电池,使用两个由白金组成的电极插入电解液里，当有氢气和氧气在电解液里时，在两极间会产生电压。
燃料电池概述及其研究进展.pptx
燃料电池的研究与应用
刘旭俐 材料科学与工程学院
一、引 言
目录
1. 能源形式
2. 中国能源现状 3. 发电技术
二、燃料电池概述
1. 工作原理
2. 燃料电池发展历程
3. 燃料电池的类型 4. 国外燃料电池发展状况 5. 我国燃料电池发展状况
三、陶瓷膜燃料电池的研究进展
1. 电解质材料 2. 阳极材料 3. 阴极材料 4. 连接材料
-
+
3、工作原理与结构
氢气
阳 电阴
氢
极
解极 质
氧
气
气
氧气
图1 燃料电池工作原理示意图
电池反应:
H2 + 1/2O2==H2O
占世界比重 能源消费结构（ % ）
（% ）
石 油
天然 煤 气炭
核电 水电
25.2
39.5 26.5 24.6 8.0 1.4
6.8
22.1 51.3 19.5 4.8 2.3
6.0
52.6 11.6 17.7 16.5 1.6
4.0
40.2 20.9 25.5 12.9 0.5
2.9
37.6 12.8 5.4 41.8 2.4
一次能源消费 一次能源生产总量
总量 19.7亿吨标准煤
18.46亿吨标准煤
煤炭 67.7％
75.6％
石油 22.7％
13.5％
天然气 2.6％
3.0％
水电等 7.0％
7.9％
表2
国内外能源消费结构比较
国家
美国 俄罗斯 日本 德国 法国 英国 中国 印度 世界总计
消费总量 MTCE
3063.0 929.3 723.3 485.7 349.0 321.3 1292.3 371.9 12156.0
燃料电池的性能提升与材料研究
燃料电池的性能提升与材料研究在当今能源领域，燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换技术，正逐渐引起广泛的关注。
燃料电池能够将化学能直接转化为电能，具有能量转换效率高、零排放或低排放等显著优点，在交通运输、便携式电子设备、分布式发电等领域展现出广阔的应用前景。
然而，要实现燃料电池的大规模商业化应用，仍面临着诸多挑战，其中性能提升和材料研究是关键所在。
燃料电池的工作原理基于电化学氧化还原反应。
以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，氢气在阳极被催化分解为氢离子和电子，氢离子通过质子交换膜迁移到阴极，电子则通过外电路形成电流，在阴极氧气与氢离子和电子结合生成水。
在这个过程中，燃料电池的性能受到多种因素的影响，如电极材料的催化活性、电解质的离子传导性能、电池结构的设计等。
在电极材料方面，催化剂是决定燃料电池性能的关键因素之一。
目前，铂（Pt）及其合金是最常用的阳极和阴极催化剂，但铂资源稀缺、价格昂贵，限制了燃料电池的大规模应用。
因此，研究开发高活性、低铂或非铂催化剂成为当前的研究热点。
例如，通过优化铂的纳米结构，如制备铂纳米线、铂纳米颗粒等，可以提高铂的利用率和催化活性；同时，研究人员也在探索非铂催化剂，如过渡金属氮化物、碳化物、氧化物等，这些材料在某些特定条件下表现出了较好的催化性能。
除了催化剂，电极的载体材料也对燃料电池性能有着重要影响。
传统的碳材料如炭黑、活性炭等存在稳定性差、抗腐蚀能力弱等问题。
近年来，新型的碳材料如碳纳米管、石墨烯等因其优异的导电性、高比表面积和良好的稳定性，成为电极载体材料的研究热点。
此外，金属有机框架（MOF）材料由于其可调的孔隙结构和丰富的活性位点，也在燃料电池电极材料领域展现出巨大的潜力。
电解质在燃料电池中起着传递离子的重要作用。
质子交换膜是PEMFC 中最常用的电解质，目前广泛应用的是全氟磺酸膜，如 Nafion 膜。
然而，Nafion 膜存在着成本高、工作温度范围窄、甲醇渗透率高等问题。
新型燃料电池材料的研究
新型燃料电池材料的研究随着气候变化呼吁的增加，寻找替代传统化石燃料更环保的能源已经变得越来越紧迫。
其中燃料电池技术因其高效能、零排放的特点，成为科技研究的热门话题之一。
而燃料电池的核心组件——燃料电极的材料研究更是技术攻关的重点。
本文将围绕新型燃料电池电极材料的研究，探讨该领域的前沿技术、应用和发展趋势。
燃料电池的概念和分类燃料电池利用化学能转化为电能，原理类似于电池，但不同于电池的是，它不需要可充电或一次性电池储存电能，而是可以在燃料供应外部环境的时候以高效方式释放能量。
广义上来说，燃料电池有多种分类方法，按照燃料类型可分为以氢气或可溶性有机物为燃料的电池，按照温度条件可分为高温燃料电池、低温燃料电池，以及中温燃料电池等。
对于非常规燃料电池，则包括甲醇燃料电池、乙醇燃料电池、锂空气电池等。
不同类型的燃料电池应用在汽车、卫星、独立发电系统、无人机、潜艇等领域。
在国际上，加快燃料电池相关技术的研究，推广燃料电池的应用是各国科技政策的焦点之一。
新型燃料电极材料的研究现状燃料电池的核心是电极材料。
随着纳米技术、材料科学的发展，出现了很多具有良好电导率、较高电化学催化性质以及稳定性能的材料。
这些新型电极材料的研究，有望为燃料电池的实际应用带来突破。
现有的新型燃料电极材料主要包括金属或非金属氧化物、金属或非金属碳纳米管、碳纳米材料、无机/有机杂化纳米材料等。
其中，钯（Pd）和铂（Pt）等贵金属一直是燃料电池电极材料的关键研究领域，但这种材料的昂贵价格极大地限制了其大规模应用。
因此，研究人员正致力于开发低成本的电极材料。
举个例子，一些研究人员已经提出了将超微米镍（Ni）颗粒与碳纳米管复合来制造超级电极，实现了优异的催化活性与电化学稳定性。
未来展望和挑战尽管燃料电池电极材料的研究已经获得了良好的发展，但仍面临一些难题。
首先，如何保证电极材料的导电性和结构稳定性是至关重要的。
其次，如何有效地控制电化学反应中的电子和质子传输速率，以及提高催化能力，也是当前的技术研究重点。