【正文】 ..................10 3 我國氫燃料電池汽車的發(fā)展前景預測 ................................................................................12 結(jié)論 .........................................................................................................................................14 參考文獻 ..................................................................................................................................15 致謝 .........................................................................................................................................16 目錄 1 1 緒論 課題來源 由指導老師結(jié)合我國氫燃料電池汽車研發(fā)現(xiàn)狀及應用情況進行專題論述類課題。 課題研究的意義 為滿足石油資源短缺和環(huán)境保護的需要，在戰(zhàn)略上應加快汽車代用能源的開發(fā)、使用。應 大力發(fā)展石油以外的汽車代用清潔能源，降低能源消耗，減少環(huán)境污染。 國內(nèi)外研究概況 氫 燃料電池汽車其高效節(jié)能，以及零排放或接近 零排放的良好環(huán)境性能，使之成為當今世界能源和交通領域開發(fā)的熱點 ， 現(xiàn) 已 進入 商業(yè)化 階段 。 通用 hydrogen3 氫動力燃料電池原型車來到英國倫敦，開始穿越歐洲 14 國 的行動 ，行程 6200 英里 (約合 10000 公里 )， 歷時月余 到達終點 里斯本， 創(chuàng)造新的 氫 燃料電池車長距離行駛耐久性世界紀錄。 通用 又 推出 搭載汽油引擎和氫燃料電池引擎的 EFlex 車型，嘗試推出一款搭載超節(jié)能柴油引擎的 EFlex 車型，該車 型所配備的 EFlex 系統(tǒng)包含一具電動馬達，可為車輪提供驅(qū)動力 。 歐寶的全新Corsa CDTI，該 車型每公里的二氧化碳排放量僅有 119 克，該車型采用一套共軌柴油渦輪增壓噴射系統(tǒng)，在 1800 巴的噴射壓力下可把燃料噴射進燃燒室內(nèi) 。 我國的 氫 燃料電池尤其在 PEMFC（質(zhì)子交換膜燃料電池 proton exchange membrane fuel cell） 方面，總體水平與先進國家的差距正在縮小。 在國家科技部的支持下，我國氫燃料電池 汽 車取得長足進展，已研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 氫 燃料電池大客車、小轎車、自行車 和助力車等。最新的氫燃料電池大客車造價已經(jīng)下降到 300 萬人民幣，不到國外同類產(chǎn)品價格的五分之一，初具競爭力；我國自行研制的“超越 3 號 ” 氫燃料電池小轎車，在巴黎舉行的“清潔能源汽車挑戰(zhàn)賽 ” 中，取得了 4“ A”、 1“ B” 的優(yōu)異成績，并完成了 120 公里的拉力賽 ，引人矚目； 2020 年北京奧運會期間，我國自制的氫燃料電池汽車將參與服務運營 。 本文研究內(nèi)容 我 國燃料電池汽車研究現(xiàn)狀，各主要科研院所及各大公司研究到什么程度；氫燃料電池北華大學本科畢業(yè)論文 2 的研究現(xiàn)狀，工作原理及發(fā)展方向； 對 氫 燃料電池汽車的前景預測。 2 我國氫燃料電池汽車的研究現(xiàn)狀及需要解決的主要問題 3 2 我國氫燃料電池汽車的研究現(xiàn) 狀及需要解決的主要問題 氫燃料電池 目前已開發(fā)的燃料電池有堿性燃料電池（ AFC)、磷酸燃料電池 (PAFC)、 固體高分子型 燃料電池（ PEMFC— 質(zhì)子交換膜電池 )、熔態(tài)碳酸鹽燃料電池 (MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)。其主要性能和特點見表 l。 表 1 汽車用燃料電池特點 對比上表中的各種汽車用燃料電池的特點，可看出堿性電池組成材料比較廉價 ， 但是由于改質(zhì)氣體和空氣中 CO2 產(chǎn)生的會引起電解質(zhì)劣化，因此在短時間內(nèi)必須定期更換電解液 ；磷酸型可以在 200℃以上高溫條件下使用，減小了改質(zhì)氣體中的 CO 對電極催化劑中毒的影響，缺點是車輛反復起動、停止及輕負荷運行時工作不良；固體氧化物型能在 1000℃的高溫下運行，可以直接使用含硫汽油燃料，但在車輛起動和負荷變化過程中會引起“熱震性” ；固體高分子型 （ 質(zhì)子交換膜燃料電池 ） 在常溫狀態(tài)下運行，起動、停止容易 ，而且功率密度高、重量輕、體積小，電解質(zhì)能產(chǎn)生高分子膜，耐反應氣體壓差，工作中的電解質(zhì)不易流出，為 免維護電池 ， 是最適合作為氫燃料電池汽車使用。 氫 燃料電池本質(zhì)是水電解的 “ 逆 ” 裝置，主要由 3部分組成，即陽極、陰極、電解質(zhì) ，其陽極為氫電極，陰極為氧電極。通常，陽極和陰極上都含有一定量的催化劑，用來加速電極上發(fā)生的電化學反應。兩極之間是電解質(zhì) ，其電解質(zhì)有酸性和堿性兩種。電解液為酸性時，陽極的氫分解為氫離子和電子，氫離子在電場作用下通過電解質(zhì)到達陰極，氧氣接受電子形成氧離子然后與氫離子發(fā)生化學反應，形成燃料電池的排 放物 — 水；電解質(zhì)為堿性時，類型 工作溫度 電解質(zhì) 導電離子 燃料氣體 堿型 R． T． — 250 KOH ?OH 氫 /氧 固體高分子型 R． T． — 120 高分子膜 ?H 改質(zhì)氣體 /空氣 磷酸型 160— 210 43POH ?H 改質(zhì)氣體 /空氣 熔融碳酸型 600— 700 312COL + 42COK ?22CO 改質(zhì)氣體 /空氣 固體氧化物型 900— 1000 2OZr ?2O 改質(zhì)氣體 /空氣 北華大學本科畢業(yè)論文 4 反應路線相反，燃料與氧化物的反應在陽極。 氫燃料電池與普通電池的區(qū)別主要在于：干電池、蓄電池是一種儲能裝置，是把電能貯存起來，需要時再釋放出來；而氫燃料電池嚴格地說是一種發(fā)電裝置，像發(fā)電廠一樣，是把化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學發(fā)電裝置。另外，氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成，這是氫燃料電池的一項關(guān)鍵技術(shù)，它不僅要為氣體和電解質(zhì)提供較大的接觸面，還要對電池的化學反應起催化作用。 20 世紀 60 年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應用于航天領域。進入 70 年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進的 制氫技術(shù)，氫燃料電池就被運用于發(fā)電和汽車。 使用氫燃料電池發(fā)電，是將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進行燃燒，能量轉(zhuǎn)換率可達 60%～ 80%，而且污染少、 噪音小 ，裝置可大可小，非常靈活。 由于 我國 氫燃料電池 還沒有商業(yè)化， 技術(shù)上還有很多問題待解決， 現(xiàn)在提到的 用于 氫燃料電池 汽車上的 多數(shù)是指 質(zhì)子交換膜燃料電 池， 質(zhì)子交換膜燃料電池 (proton exchange membrane fuel cell，英文簡稱 PEMFC)是一種燃料電池，在原理上相當于水電解的 “ 逆 ”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫 燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。 由于質(zhì)子交換膜只能傳導質(zhì)子，因此氫質(zhì)子可直接穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，而電子只能通過外電路才能到達陰極。當電子通過外電路流向陰極時就產(chǎn)生了直流電。以陽極為參考時，陰極電位為 ， 也即每一單電池的發(fā)電電壓理論上限為 。接有負載時輸出電壓取決于輸出電流密度，通常在 ～ 1V 之間。將多個單電池層疊組合就能構(gòu)成輸出電壓滿足實際負載需要的燃料 電池堆 （ 簡稱電堆 ） 。電堆由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。將雙極板與膜電極三合一組件 (MEA)交替疊合，各單體之間嵌入密封件，經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢，即構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池電堆。 通常，質(zhì)子交換膜燃料電池的運行需要一系列輔助設備與之共同構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電堆、氫氧供應系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電能變換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等構(gòu)成。電堆是發(fā)電系統(tǒng)的核心。發(fā)電系統(tǒng)運行時，反應氣體氫氣和氧氣分別通過調(diào)壓閥、加濕器 (加濕、升溫 )后進入電堆，發(fā)生反應產(chǎn)生直流電，經(jīng)穩(wěn)壓、變換后供給負載。電堆工 作時，氫氣和氧氣反應產(chǎn)生的水由陰極過量的氧氣 (空氣