【正文】 此外，燃料電池沒(méi)有噪音，而且不會(huì)放出熱量；這些因素有助于潛艇不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。目前， 雙極板材料的研究主要集中于鐵、鎳基合金。 O2在 Li/K體系中的溶解度較高 ， 陰極極化較弱 ， 電池表現(xiàn)出較高的性能 ， 因此該體系被普遍采用 。 加入 αAl2O3纖維（ φ5 mm）可以提高抗張強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。 福特福克斯燃料電池汽車示意圖 熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫燃料電池(工作溫度為 650℃ ～ 700℃ ) 熔融碳酸鹽燃料電池 熔融碳酸鹽燃料電池采用堿金屬 （ Li、 Na、 K）的碳酸鹽為電解質(zhì) ， NiCr/NiAl合金為陽(yáng)極 ， NiO為陰極 ， 導(dǎo)電離子為碳酸根離子 陰極反應(yīng)： 1/2O2 + CO2 +2e → CO 32 陽(yáng)極反應(yīng)： H2 + CO32 → H 2O + CO2 + 2e 總反應(yīng)： 1/2O2 + H2 → H 2O 陽(yáng)極 陰極 2H2 O2 4e 2H2O 2CO2 2CO32 4e H2O + CO2 4e 隔膜 是電解質(zhì)的核心部件，它必須 具備強(qiáng)度高、耐高溫熔鹽的腐蝕，浸入熔鹽電解質(zhì)后能夠阻擋氣體通過(guò)，并且具有良好的離子導(dǎo)電等性能 。 石墨耐腐蝕，不銹鋼能提供機(jī)械強(qiáng)度，聚碳酸酯能提供化學(xué)穩(wěn)定性，并能被澆鑄成各種形狀的密封圈。 金屬的溶解會(huì) 污染 膜電極 ， 而金屬表面鈍化膜的形成則又會(huì) 增大接觸電阻 ， 從而降低電池性能 。 缺點(diǎn) 也較明顯：如孔隙率大 、 機(jī)械強(qiáng)度低 、 加工性能差等 。cm2(2)熱導(dǎo)率盡量高 (3)氫氣滲透率 104cm3/ (4) 腐蝕速率小于 (5) 抗壓強(qiáng)度 (6) 密度 5g/cm2。 雙極板 雙極板作為 PEMFC的主要的結(jié)構(gòu)和功能部件，目前其成本太高是制約燃料電池商業(yè)化的一個(gè)重要因素。 Chen等對(duì) WO3加入催化劑的情況進(jìn)行了研究 ， 結(jié)果表明 WO3的加入使 Pt/WO3和 Pt/Ru/WO 對(duì)甲醇及 H/CO的催化活性都有所提高 。 在二元陽(yáng)極催化劑中 ， PtRu/C是應(yīng)用最為廣泛 ，也是較為成熟的抗毒化催化劑 ， PtRu/C具有較高的活性及穩(wěn)定性 ， 它可以在低電位下氧化 CO 催化原理 ：在低電位 Ru的表面上可以吸附含氧物 ，將鄰近的吸附在 Pt上的 CO氧化成 CO2， Pt的活性點(diǎn)得以空出 ， 供燃料分子的吸附和氧化 ， 從而提高燃料氧化的速率和效率 。 目前 ， 燃料電池多使用甲醇或甲醇重整氣為燃料 ， 這兩種燃料中都含有 CO。目前 ， 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣的仍然是全氟磺酸材料制成的 PEM， 如 Nafion膜和 Dow膜等 。 與此同時(shí) ，增濕的氧氣也穿過(guò)雙極板上的氣體通道和擴(kuò)散層 ， 吸附于陰極電催化劑層中 。 （ 2） 吸附于陽(yáng)極催化劑層中的氫氣在鉑催化劑的作用下 ， 發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng) ， 在陽(yáng)極上產(chǎn)生電子 。 燃料電池應(yīng)用速度加快， 氫能燃料 站持續(xù)增加 Fuel cells are different from electrochemical cell batteries in that they consume reactant, which must be replenished, whereas batteries store electrical energy chemically in a closed system. Additionally, while the electrodes within a battery react and change as a battery is charged or discharged, a fuel cell39。 背景介紹 燃料電池分類 類型 電解質(zhì) 導(dǎo)電 離子 工作溫度 燃料 氧化劑 應(yīng)用領(lǐng)域 堿性燃料電池 氫氧化鉀 OH 50~200℃ 純氫 純氧 電動(dòng)交通工具 質(zhì)子交換膜燃料電池 全氟磺酸膜 H+ 室溫 ~100℃ 氫氣 重整氫 空氣 便攜式電源，電動(dòng)交通工具 磷酸型燃料電池 濃磷酸 H+ 100~200℃ 重整氣 空氣 電動(dòng)交通工具，區(qū)域供電， 熔融碳酸鹽型燃料池 鋰 鉀碳酸鹽 CO32 650~700℃ 凈化煤氣 天然氣 重整氣 空氣 區(qū)域供電 固體氧化物燃料電池 氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯 O2 900~1000℃ 凈化煤氣 天然氣 空氣 區(qū)域供電 ?堿性燃料電池 AFC： Alkaline fuel cell ?質(zhì)子交換膜燃料電池 PEMFC: Proton Exchange Membrane fuel cell Direct methanol fuel cell， Directethanol fuel cell ?磷酸型燃料電池 PAFC : Phosphoric acid fuel cell ?熔融碳酸鹽型燃料池 MCFC: Molten carbonate fuel cell ?固體氧化物燃料電池 SOFC : solid oxide fuel cell 全球燃料電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，便攜式電池和小型固定式電池 全球燃料電池應(yīng)用系統(tǒng)的增長(zhǎng)（單位：個(gè)） 北美主導(dǎo)，其次是歐洲和日本，然后是韓國(guó)和中國(guó) 六十年代堿性燃料電池曾迅速發(fā)展并在航天領(lǐng)域得到應(yīng)用。 燃料電池 1鉛蓄電池； 2鋅 氧化銀電池； 3發(fā)電機(jī) (汽油 — 液氧 )； 4發(fā)電機(jī) (液氫 — 液氧 )。采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的 3倍，是最新一代的鋰離子電池。 電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于高溫使用。 一、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理 所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能 可逆地 嵌入與脫嵌鋰離子 的 化合物 作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。 圖 8 Ni／ MH電池典型的溫度曲線 4） 發(fā)展優(yōu)勢(shì) (a) 能量密度高； (b) 無(wú)鎘污染，是綠色電池； (c) 可以大電流快速充放電； (d) Ni／ MH電池的工作電壓也是 ，與 Ni／ Cd電池具 有互換性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 KOH電解質(zhì)不僅起離子遷移電荷作用，而且參與了電極反應(yīng)。 1974年開(kāi)始儲(chǔ)氫合金作為二次電池的負(fù)極材料的研究。 （無(wú)毒、無(wú)污染） 信息技術(shù)的發(fā)展要求電池小型化、輕型化、長(zhǎng)的服務(wù)時(shí)間和工作壽命。 新型的二次電池： 鉛酸電池和鎘鎳電池 是早已廣泛應(yīng)用的二次電池，但是 比能量都很低 ；另外，鉛和鎘都是有毒金屬，對(duì)環(huán)境的 污染問(wèn)題嚴(yán)重 。 （ 2）理論質(zhì)量比能量 —— 是指 1kg反應(yīng)物所產(chǎn)生的電能。 從理論上講可以達(dá)到 100%。 ? 建設(shè)周期短 –一個(gè)萬(wàn)千瓦級(jí)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)周期不到一年。 – 同上無(wú)電網(wǎng)地區(qū)，要求不使用柴油發(fā)電，時(shí)時(shí)有電供應(yīng)： ?採(cǎi)用蓄電池儲(chǔ)能的 ACDCAC，即交，直，交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。 無(wú)風(fēng)不發(fā)電 。在我國(guó)這樣的地方還有許多許多正等待我們?nèi)ヌ剿?、發(fā)現(xiàn)。風(fēng)力資源大小與地勢(shì)、地貌有關(guān)，山口、海島常是優(yōu)選地址。 ? 風(fēng)力發(fā)電有很強(qiáng)的地域性。 提供 0． 7V的 電 壓 。 無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展 名稱 禁帶寬度 ( eV) 轉(zhuǎn)換效率 應(yīng)用實(shí)況 單晶硅 1 .1 2 24 .4 用于空間及地面太陽(yáng)電池 多晶硅 1 .1 2 18 與單晶硅占市場(chǎng) 70~80% 非晶硅 1 .5 ~ 2 .0 13 占市場(chǎng) 10~20% 消費(fèi)電子 , 能源 復(fù)合型 1 7 .3 已商業(yè)化 Cd T e 1 .4 4 15 與 Cd S 結(jié)合構(gòu)成的太陽(yáng)電池已商業(yè)化 Cu I n S e2 1 .0 4 17 探索大面積應(yīng)用批量生產(chǎn)技術(shù) GaAs 1 .4 2 3 7 .4 已開(kāi)始用于空間太陽(yáng)電池 I n P 1 .3 5 1 9 .1 耐輻射性能優(yōu)異 , 處于研究開(kāi)發(fā)階段 表 1 無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的性能及應(yīng)用 ?單晶硅：澳大利亞新南威爾士大學(xué)格林教授發(fā)電成本可降低為 5~8美分 /（ kW目前，年均增長(zhǎng)率 35%， 是能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最快的行業(yè)。 ? 太陽(yáng)能電池逐漸由航天等特殊的用電場(chǎng)合進(jìn)入到地面應(yīng)用 中。 – ?射線是帶兩個(gè)正電荷的氦核流； – ?射線是帶是帶負(fù)電的電子流； – ?射線是電中性的電磁輻射（高能光子流）。最初是由蘇聯(lián)的阿齊莫維齊等人在 20世紀(jì) 50年代發(fā)明的。 有專家認(rèn)為，蘇聯(lián)境內(nèi)將有兩萬(wàn)五千人死于核污染引起的癌癥。 ? 運(yùn)作成本較低 （約為火力發(fā)電三分之一） 。 秦山三期重水堆核電站 三門核電站 浙江省嘉興市 海鹽縣秦山鎮(zhèn) 螳螂山 田灣核電站 江蘇省連云港市連云區(qū) 高公島鄉(xiāng)田灣 核能優(yōu)點(diǎn) ? 減少依賴化石燃料 。 ? 氫彈： 又稱熱核聚變武器，它是利用氫的同位素氘、氚等輕原子核的裂變反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸的核武器。 重核裂變與輕核聚變 核裂變：被中子擊中時(shí) ， 大原子核分裂成數(shù)個(gè)小原子核 ， 這個(gè)過(guò)程會(huì)釋放能量 。 原子核 (Nucleus)的構(gòu)成 ? 原子核包含兩種粒子： 中子 (Neutron)與質(zhì)子 (Proton) ? 中子與質(zhì)子的質(zhì)量相近，約為電子質(zhì)量的 1840倍。 (8) 能源材料的概念及分類 廣義上 ， 凡能源工業(yè)及能源利用技術(shù)所需的材料都可稱為能源材料 。 一些新材料可提高儲(chǔ)能和能力轉(zhuǎn)化效果 如：鎳電池、鋰離子電池等都是靠電極材料的儲(chǔ)能效果和能量轉(zhuǎn)化功能而發(fā)展起來(lái)的新型二次電池。 (SO CO、 CO NO） （植被、土壤；氣候；健康） 圖 2 世界 CO2排放量隨時(shí)間的變化 (6) 新能源的開(kāi)發(fā)不斷取得進(jìn)展 太陽(yáng)能 、 生物能 、 核能 、 風(fēng)能 、 地?zé)?、海洋能等一次能源和二次能源中的氫能 。 小型的 可移動(dòng)電源 的需求量增長(zhǎng)很快，這主要是信息技術(shù)發(fā)展的結(jié)果；特別是近年來(lái)筆記本電腦、手提電話等移動(dòng)通信、攝像機(jī)、聲像設(shè)備以及一些軍用電子設(shè)備的發(fā)展，對(duì)電池的能量密度要求更高，并要求能夠反復(fù)使用。 能源是與人類社會(huì)的生存與發(fā)展休戚相關(guān)的。 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 光通訊發(fā)展簡(jiǎn)史 1876 Bell發(fā)明電話 1880 Bell發(fā)明光電話 1960 Maien發(fā)明 Laser 1966 高琨發(fā)表論文， 認(rèn)為可以將石英光纖的損耗從當(dāng)時(shí) 的 1000 dB/km降到 20 dB/km 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 1970 美國(guó)康寧公司率先制成損耗低 于 20 dB/km的石英光纖 1972 石英光纖損耗低于 4 dB/km 1981 石英光纖系統(tǒng)開(kāi)始商業(yè)化 1988 橫跨大西洋的海底光纜投入使用 （ 5747 km） 1989 橫跨 太平洋 的海底光纜投入使用 （ 15927 km） 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 中國(guó) 1977 武漢郵電科學(xué)院研制出我國(guó)第一根 階躍式多模光纖 300 dB/km 1987 武漢 荊州（ ~250 km） 國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)途光 纜通訊系統(tǒng)完成 1999 蘭州 ——西寧 ——拉薩（ 1800 km） 光纜完成、八縱八橫線路 一級(jí)光纜總里程突破 70,000 km 2021 光纜產(chǎn)量已達(dá)到 100萬(wàn)公里 規(guī)模 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展史表明：信息材料及其相關(guān) 產(chǎn)業(yè)是發(fā)展速度最快的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 摩天大樓 —帝國(guó)大廈（ 1934, 386 m高 ） 世貿(mào)中心 (1973, 415 m高 )….. 巨型水壩 —阿斯旺水壩、三峽大壩 ….. 巨型油輪 —10萬(wàn)噸級(jí) (1960‘s) 35萬(wàn)噸級(jí) (1980‘s) 航空母艦 —2萬(wàn)噸級(jí) (1930‘s) 4萬(wàn)噸