現(xiàn)代化學與能源(文件)
【正文】 2e = Zn2+ 正極： 2NH4+ + MnO2+2e = 2NH3 + MnO + H2O 電池反應 :Zn+2NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+ MnO+H2O 使用過程中，負極鋅筒逐漸消耗以致穿漏，正極處的 MnO2的活性逐漸衰減，最后干電池不再供電而失效。 鋰電池自行車 目前，商業(yè)化鋰離子二次電池的正極材料主要是 LiCoO2，負極材料主要為C，充電時發(fā)生如下反應： 正極反應： LiCoO2＝ Li1xCoO2 + xLi+ + xe 負極反應： C + xLi+ + xe＝ CLix 電池總反應： LiCoO2 + C＝ Li1xCoO2 + CLix 放電時發(fā)生上述反應的逆反應。 氫在 負極 解離成 H+和電子， H+進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極，用電的負載就接在外部電路中。 (3)高度的可靠性 氫能經(jīng)濟的背景 ? 大氣中二氧化碳逐年增加，地球不斷變暖，生態(tài)環(huán)境惡化，自然災害頻發(fā)，造成的損失逐年增加。 氫：儲量大，分布廣，清潔無污染 氫能社會構想 再生能源制氫 CO2處理 加氫站 燃料電池工廠 天然氣制氫 電廠 終端用戶 氫氣作為能源遇到的兩個問題 （一）氫氣的制備 （１）熱化學工藝制氫 熱化學工藝主要是將碳水化合物 (煤、石油、天然氣、生物質等 ) 輸入高溫化學反應器 ，生成由 H CO 、 CO2 和 CH4 等組成的合成氣體 ，然后進行重整和水氣置換反應來提高氫的產(chǎn)量 ，最后將氫氣分離提純得到可以用做交通燃料的氫氣。 2CH4 + O2=4H2 +2CO 加入催化劑，系統(tǒng)轉化效率會大大提高。 利用煤和生物質等氣化制氫是將這些物質在高溫下裂解成合成氣后進行水氣轉換等過程，提高氫的成分，最后經(jīng)過凈化處理得到燃料氫。 人工光合作用的研究為太陽能制氫提供了另外一條途徑。 秘密存在于催化核心的結構中。這一發(fā)現(xiàn)對于了解和復制水裂解化學過程具有重要意義。HBLiHLiBHHxLiBHLiBHHxLiBHLiBHxx??????????Prof. A. Zuttel, Switzerland Univ Fribourg 450℃ 左右可以獲得 wt% H2 LiBH4分解制氫 244 4 HBNL iFL iBHFNH ????強放熱反應 可以獲得 wt% H2 LiBH4分解制氫 233 3 HBNBHNH ??120℃ 300℃ wt% H2 不足 : NH3BH3制備成本偏高 NH3BN3分解制氫 B99N99 C186 nanotubes Atomic structure models BN納米結構貯氫 近年來，大量的研究集中在納米碳管儲氫方面，主要是人們認為納米碳管的儲氫容量高，理論上可達 10%。催化核心是由 4個錳離子、 1個鈣離子、 4個氧原子和至少 2個水分子組成的，其中 3個錳離子、 1個鈣離子和 4個氧組成一個扭曲立方體，錳離子和鈣離子通過氧原子相連接。植物通過還原碳元素的形式將太陽能固定下來，能否不要將太陽能固定在碳元素中得到利用呢？人工光合作用將使這種想法成為可能，它完全拋棄了植物載體，只利用光合作用的原理，通過光裂解水分子，直接提取氫氣。 （ 2）電解水制氫工藝 該反應只要對電解槽通入直流電即可進行，操作簡單，效率較高 ，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了多種電解槽，如堿性電解槽、質子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽等。最后再經(jīng)過分離提純，得到可以用于交通工具的燃料。 反應產(chǎn)物合成氣被輸入到下一級水氣置換反應器 ，經(jīng)過水氣置換反應，將 CO轉化為 H2，提高了氫的產(chǎn)量。 ? 能源結構單一，過渡依賴化石能源。 氫氧燃料電池原理圖 燃料電池的種類 燃料電池按照電解質類型分為五種： 堿性燃料電池 (AFC) 磷酸型燃料電池（ PAFC） 熔融碳酸鹽型燃料電池 (MCFC) 固體氧化物型燃料電池 (SOFC) 質子交換膜燃料電池 (PEMFC) 燃料電池類型 堿性燃料電池（ AFC） 磷酸型燃料電池（ PAFC） 質子交換膜燃料電池（ PEMFC） 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 固體氧化物燃料電池(SOFC) 電解質 KOH H3PO4 全氟磺酸膜（含水的質子交換膜） （ Li， K）CO3 氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ 陽極 Pt電極，氫燃料 Pt電極，氫燃料 Pt電極，氫燃料 Ni催化劑，氫燃料 NiZrO2催化劑，甲烷、氫燃料 陰極 Ag電極，氧作氧化劑 Pt電極，氧作氧化劑 Pt電極，氧作氧化劑 NiO催化劑，氧燃料 NaCrO4等催化劑，氧作氧化劑 工作溫度/℃ 50～ 200 100～ 200 50~90 650～ 700 600～ 1000 導電離
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