燃料電池概述及其研究進展(已修改)
2025-03-06 11:36 本頁面
【正文】 無機材料研究進無機材料研究進展展材料科學與工程學院 劉旭俐燃料電池的研究與應用燃料電池的研究與應用目錄一、引 言1. 能源形式2. 中國能源現(xiàn)狀3. 發(fā)電技術二、燃料電池概述1. 工作原理2. 燃料電池發(fā)展歷程3. 燃料電池的類型4. 國外燃料電池發(fā)展狀況5. 我國燃料電池發(fā)展狀況三、陶瓷膜燃料電池的研究進展1. 電解質材料2. 陽極材料3. 陰極材料4. 連接材料一、引言1.能源形式 煤炭、石油、天然氣、核能、水力能、太陽能、風能、地熱能海洋能、生物質能和化學能等1. 能源形式一次能源： 可以從自然界直接獲取的能源（不可再生能源）（可再生能源）煤炭、石油、天然氣、核能無法從自然界直接獲取，必須經(jīng)過一次能源的消耗才能得到的能源二次能源：主要是 電能 ，機械能和熱能。 2. 中國能源現(xiàn)狀2. 中國能源現(xiàn)狀據(jù)資料顯示，截止到 2023年底我國：石油 剩余可采儲量 23億噸 ，占世界總量的 %天然氣 剩余可采儲量 m3，占世界總量的 %煤炭 剩余可采儲量 1145億噸 ，占世界總量的 %水力 資源占世界總量的 30% u能源儲量u能源結構 (2023年 ) 一次能源消費 一次能源生產(chǎn)總量總量 煤炭 ％ ％石油 ％ ％天然氣 ％ ％水電等 ％ ％ 表 1 中國能源消費與生產(chǎn)結構國家 消費總量 MTCE占世界比重（ % ） 能源消費結構（ % ） 石油 天然氣 煤炭 核電 水電 美國 俄羅斯 日本 德國 法國 英國 中國 印度 世界總計 100 表 2 國內(nèi)外能源消費結構比較 3.發(fā)電技術在一次能源的消費中，發(fā)電消費所占的比重最大，大約為 1/ 3.發(fā)電工業(yè)： 注重 “經(jīng)濟、可靠、安全 ”突出 “高效 、 潔凈 ”的要求發(fā)電技術： 近期注重 提高效率 ,降低污染 。遠期注重 可再生能源發(fā)電 .發(fā)電技術類型：u火力發(fā)電u水力發(fā)電u核能發(fā)電u潮汐發(fā)電u太陽能發(fā)電u風力發(fā)電u地熱能發(fā)電u生物質發(fā)電u燃料電池u火力發(fā)電利用煤、石油和天然氣等化石燃料所含能量發(fā)電。發(fā)電廠由 鍋爐 、 汽輪機 、 發(fā)電機 三大主要設備和相應的輔助設備組成。熱能 機械能 電能燃料在鍋爐中燃燒，把水變成高溫、高壓的蒸汽、沖動汽輪機旋轉，汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，經(jīng)升壓變壓器把電壓升高后送至電網(wǎng)。u水力發(fā)電利用具有落差的水力推動 水輪機 轉動，水輪機帶動 發(fā)電機 發(fā)電勢能機械能電能u核能發(fā)電用鈾制成核燃料在 “反應堆 ”內(nèi)裂變產(chǎn)生熱能，再用高壓水把熱能帶至蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動 汽輪機 ，帶著 發(fā)電機 一起旋轉產(chǎn)生電，熱能 機械能 電能化學能u其它發(fā)電技術潮汐發(fā)電 :太陽能發(fā)電 :風力發(fā)電 :地熱能發(fā)電 :利用半導體材料的光伏效應，將太陽光 輻射能 直接轉換為 電能 利用風力 ,通過葉輪將 風能 轉化為 機械能 ，帶動發(fā)電機發(fā)電轉化為 電能 把地下 熱能 轉變?yōu)?機械能 ，然后再把機械能轉變?yōu)?電能把海水漲落的水位差產(chǎn)生的 勢能 轉變?yōu)?機械能 ，然后再把機械能轉變?yōu)?電能氫氣利用氫在世界上的 儲量極其豐富 ，又 不具有環(huán)境污染 ，多年來一直被認為是未來的能源載體，人們普遍認為氫和電 在將來會成為 互補的能源載體 ，氫有一些與電有關的 獨特的性能 ，這些獨特的性能使得它成為理想的能源載體或燃料。二、燃料電池概述 1.能源形式 二、燃料電池概述1）氫像電一樣可以從任何能源中得到；2）氫可以由電獲得并以相對高的效率轉換成電；3）獲取氫的原材料和氫使用后的產(chǎn)物都是水或水蒸氣，因此氫是完全可再生的燃料；4）氫可以以氣態(tài)、液態(tài)、金屬氫化物、形式儲存；5）氫能夠借助于管道和鋼瓶進行長距離運輸；6）氫可通過催化燃燒、電化學轉換和氫化物轉換成其他形式能源；7）氫是對環(huán)境無害的能源?！?氫的獨特性能 氫氣利用利用氫作為能源，重點要解決的是其 儲存和運輸 問題。根據(jù)儲氫機制，儲氫方式主要分為化學方式（氫化物等）和物理方式（壓縮、冷凍、吸附）。儲氫方法 儲氫容量 /%（質量）比能量 /（kW/kg）可能的應用領域氣態(tài) H2液態(tài) H2金屬氫化物活性炭沸石玻璃微球碳納米管有機液體2~6~7~~~~TR， CHPTRPO， TR— ————PO， TRTR， CHP， PO** PO表示便攜領域， TR表示運輸， CHP表示能量生產(chǎn) 表 41 不同儲氫方法特性燃料電池是繼水電、火電、核電之后 第四代 工業(yè)規(guī)模的 發(fā)電裝置 和替代內(nèi)燃機的 動力裝置 燃料電池 基本概念燃料電池 （ FuelCell） 是一種 電化學 裝置，將存在于燃料與氧化劑中的 化學能 直接轉化為 電能 的 發(fā)電裝置 。單體電池 是由 正、負 兩極（負極即燃料電極、正極即氧化劑電極）以及電解質組成；從外表上看像一個 蓄電池 ，但實質上它不能 “儲電 ”而是一個 “發(fā)電廠 ”。 燃料電池基本概念電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，在電極上進行反應。（只要反應物不斷輸入，
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