新型能源材料

电动车的类型？

电动汽车（Electric Vehicle，EV）是一种电力驱动的道路交通工具，最大区别在于能源和驱动系统（电动机）不同。

包括蓄电池电动汽车（Battery Electric Vehicle，BEV）、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）和燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）

纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，PEV；Full Electric Vehicle，FEV）以电动机代替燃油的内燃机，电力驱动的优点是不使用燃料、零排放且噪声低；同时因使用单一的电能源，电控系统相比混合电动车大为简化，即降低了成本，又可补偿电池的部分价格。

我国发展电动车的研发布局？

国内现状

自2001年起，国家就启动了863计划电动汽车重大专项，涉及的电动汽车包括纯电动汽车、混合动力和燃料电池等3种电动汽车。

其中以燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车为“三纵”，多能源动力总成控制、驱动电机、动力蓄电池为“三横”，建立起“三纵三横”的开发布局。

第1章化学电源概述

常规化学电池？

化学电源（电池）：将氧化—还原反应的化学能直接转变为电能的装置。

放电过程：化学电源对外电路供给能量的过程。

充电过程：化学电源从外电路获得能量的过程。

电池组：由两个或多个电池为串联、并联或串并联形式组合而成。

化学电源分为：一次电池（原电池）、二次电池（可充电池、蓄电池）、储备电池、燃料电池。

化学电源：原则上是由两种不同的电极材料（正、负极）和将两个电极分隔开的隔膜、电解液、外壳等组成。

燃料电池的定义？

燃料电池

燃料电池：是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置。

燃料电池的特点：燃料电池与一般电池的本质区别在于其能量供给的连续性。理论上，一方面，电池的电极在工作时并不消耗，只要连续地供给燃料和氧化剂，电池就可以连续对外发电，另一方面，燃料电池是高效的、低或零污染排放、安全且操作方便的发电装置。燃料电池不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。燃

料电池的理论效率η为：

燃料电池的基本组成：电极、电解液（固体、水溶液或熔融盐）、燃料、氧化剂。

电极：多采用多孔电极技术，电极可以由具有电催化活性的材料制成，只作为电化学反应的载体和反应电流的传导体。

燃料：可以是气体（如，CO和碳氢化合物）、液体（，，高阶碳氢化合物）、固体（金属氢化物）。

氧化剂：纯氧气、空气、卤素，而空气是最便宜的氧化剂。

燃料电池的类型？

按照工作温度：分为高、中、低温型。

按照燃料来源：分为直接式燃料电池（如直接甲醇燃料电池）、间接式燃料电池、可再生类型。

按照电解质类型：分为五大类，即磷酸型燃料电池（PAFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）。

（1）PAFC

正极：高分散Pt；负极：高分散Pt

电解质：浓；工作温度：180～210℃；燃料：

电池反应：2H2+O

2→2H2O

负极反应：2H2-4e→4H+

正极反应：O

2+4H++4e→2H

2

O

优点：抗，可应用于独立电站。

缺点：贵金属催化剂对CO敏感，电解质电导率低。

（2）MCFC

正极：高分散Ni；负极：高分散Ni；电解质：Li2CO3-K2CO3(Na2CO3)工作温度：600～700℃；燃料：CO或

阳极：H2+CO32- →H

2O+CO

2

+2e-

阴极：1/2O2+CO2+2e- →CO

3

2-

总反应：H2+1/2O2+CO2→H2O+CO2

优点：无需贵金属催化剂，电池内部重整容易，Ni催化剂不怕CO中毒。缺点：电极材料寿命短，机械稳定性差，阴极需补充，腐蚀。

（3）SOFC

正极：锰酸锶镧；负极：Ni；电解质：YSZ

工作温度：600～850℃；燃料：CO或

电池反应：2H2+O2→2H2O

负极反应：2H

2-2O

2

-4e →2H

2

O

正极反应：O2+4e →2O2-

优点：无需贵金属催化剂，无需再循环，效率高。

缺点：制备工艺复杂，工作温度高，价格昂贵。

（4）AFC

正极：高分散Ni；负极：高分散Ni；电解质：KOH或NaOH 工作温度：室温～100℃；燃料：

电池反应：2H2+O2→2H

2

O

负极反应：2H2-4e+4OH-→4H

2

O

正极反应：O

2+2H

2

O+4e →4OH-

优点：Ni催化剂价格低，工作温度低，效率高。

缺点：对CO敏感≤350μL·L-1，电解质使用过程浓差极化大。（5）PEMFC 质子交换膜燃料电池

正极：高分散Pt；负极：高分散Pt（-Ru）

电解质：质子交换膜（如Nafion膜，一种全氟磺酸膜）

工作温度：25～120℃；燃料：或甲醇

电池反应：2H2+O2→2H

2

O

负极反应：H

2+2H

2

O→2H

3

O++2e-

正极反应：O

2+4H

3

O++4e-→6H

2

O

优点：功率密度高，工作条件温和，无溶液渗漏及服饰，启动快，工作可靠。缺点：膜及催化剂造价高，对CO敏感，水控制困难。