現(xiàn)代化學(xué)與能源(完整版)
【正文】 率達(dá)到了 10%~11%，短路電流達(dá) 到 18mA/cm2,開路電壓達(dá)到 720mV； 1998年 ，采用固體有機(jī)空穴傳輸材料替代液體電解質(zhì)的全固態(tài) Gratzel電池研制成功，其單色光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 33%，從而引 起了全世界的關(guān)注。 ? 大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā) ? 跟蹤與聚光 ? 儲電及 并網(wǎng)發(fā)電結(jié)合 ? 并網(wǎng)發(fā)電已占 50% ? 以建成多個兆瓦級的電站， ~100MW規(guī)模 VS太陽能熱發(fā)電站 ? 與建筑物結(jié)合 ? 架設(shè)太陽電池組件 ? 日本： 19942023年 2萬套屋頂光伏系統(tǒng) 185MW ；七萬屋頂計劃 280M ? 美國： 1997~2023年 百萬屋頂計劃 3025MW 發(fā)電成本 6美分 ? 集成在建筑材料上 ? 曲線形屋頂瓦、垂直幕墻、窗用玻璃 太陽能發(fā)電站 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由 太陽電池陣列、貯能蓄電池、防反充二極管、充電控制器及逆變器、測量設(shè)備 等組成。 只有一些質(zhì)量非常大的原子核，像鈾、釷等才能發(fā)生核裂變。)。受放射性污染的人在數(shù)年或數(shù)十年后，可能出現(xiàn)癌癥、白內(nèi)障、失明、生長遲緩、生育力降低等遠(yuǎn)期效應(yīng)，還可能出現(xiàn)胎兒畸形、流產(chǎn)、死產(chǎn)等遺傳效應(yīng)。當(dāng)溶化的泥石漿冷卻后，與核廢料一起形成了一種類似天然巖石的堅硬物質(zhì)，其硬度比天然花崗石和大理石更高，滲透性更低，而且體積也縮小了好幾倍。所以實現(xiàn)聚變反應(yīng)的條件是反應(yīng)中的原子核必須具有很高的能量來克服靜電斥力，使兩核之間的距離進(jìn)入核力力程。 干電池發(fā)電時反應(yīng)如下： 負(fù)極： Zn 2e = Zn2+ 正極： 2NH4+ + MnO2+2e = 2NH3 + MnO + H2O 電池反應(yīng) :Zn+2NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+ MnO+H2O 使用過程中，負(fù)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。 氫在 負(fù)極 解離成 H+和電子， H+進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極，用電的負(fù)載就接在外部電路中。 氫：儲量大，分布廣，清潔無污染 氫能社會構(gòu)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(xué)工藝制氫 熱化學(xué)工藝主要是將碳水化合物 (煤、石油、天然氣、生物質(zhì)等 ) 輸入高溫化學(xué)反應(yīng)器 ，生成由 H CO 、 CO2 和 CH4 等組成的合成氣體 ，然后進(jìn)行重整和水氣置換反應(yīng)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。 利用煤和生物質(zhì)等氣化制氫是將這些物質(zhì)在高溫下裂解成合成氣后進(jìn)行水氣轉(zhuǎn)換等過程，提高氫的成分，最后經(jīng)過凈化處理得到燃料氫。 秘密存在于催化核心的結(jié)構(gòu)中。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(qiáng)放熱反應(yīng) 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(jié)構(gòu)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(rèn)為納米碳管的儲氫容量高，理論上可達(dá) 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。 （ 2）電解水制氫工藝 該反應(yīng)只要對電解槽通入直流電即可進(jìn)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(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽等。 反應(yīng)產(chǎn)物合成氣被輸入到下一級水氣置換反應(yīng)器 ，經(jīng)過水氣置換反應(yīng)，將 CO轉(zhuǎn)化為 H2，提高了氫的產(chǎn)量。 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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì) KOH H3PO4 全氟磺酸膜（含水的質(zhì)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，
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