【正文】 由于我的學術水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！ 。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學 者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。 2021， 18： 327—334． [24] Sahoo N G， Jung Y C， So H H， et a1． Polypyrrole coated carbon nanotubes： synthesis，characterization， and enhanced electrical properties[J]． Synth Metals， 2021， 157： 374— 379． 中原工學院畢業(yè)論文 18 致謝 歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了 很多困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。技術我們相信正如美國能源部長佩耶 1998 年接受《紐約時報》的采訪時的預測，燃料電池進入家庭、汽車和其它領域的步伐將比人們想象的要快得多 ， 燃料電池有著光明的發(fā)展前景。 燃料電池的研究在目前已經(jīng)引起各國的廣泛關注， 很 多國家都投入大量的人力物 力進行燃料電池的研發(fā)工作，我國對于燃料電池的研究、應用相對一些發(fā)達國家來說仍然比較落后。應用于消費電子產(chǎn)品的燃料電池系統(tǒng)在最近幾年中就會商業(yè)化。 中原工學院畢業(yè)論文 15 盡管現(xiàn)在燃料電池的市場需求相當小，預 計在隨后的十年間，隨著技術進步與規(guī)模經(jīng)濟效益，燃料電池的生產(chǎn)成本與使用成本將下降，競爭力提高，燃料電池潛在的市場將會逐步發(fā)展起來。 在當今全球能源緊張、油價高漲的時代，尋找新能源作為化石燃料的替代品是當務之急。中國政府十分注重燃料電池的研究開發(fā)，陸續(xù)開發(fā)出百瓦級 30kW 級氫氧燃料電極、燃料電池 電動汽車 等。 中國燃料電池技術的發(fā)展狀況 中國早在 20世紀 50年代就開展燃料電池方面的研究。如今，在北美、日本和歐洲，燃料電池發(fā)電正以急起直追的勢頭快步進入工業(yè)化規(guī)模應用的階段，將成為 21世紀繼火電、水電、核電后的第四代發(fā)電方式。燃料電池的發(fā)展創(chuàng)新將如百年前內(nèi)燃機技術突破取代人力造成工業(yè)革命，也像電腦的發(fā)明普及取代人力的運算繪圖及文書處理的 電腦革命，又如網(wǎng)絡通訊的發(fā)展改變了人們生活習慣的信息革命。 中原工學院畢業(yè)論文 14 國際燃料電池技 術的發(fā)展狀況 發(fā)達國家都將大型燃料電池的開發(fā)作為重點研究項目，企業(yè)界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池技術的研究與開發(fā)，現(xiàn)在已取得了許多重要成果，使得燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機及內(nèi)燃機而廣泛應用于發(fā)電及汽車上。而在交通的應用上，其中的難題就是如何保證在不同的能量需求條件下，提供合適的氫氣量。如果燃料電池價格能 夠有所降低，并且經(jīng)過一段時間使其趨于成熟，它將以其高效、清潔、安靜等綜合優(yōu)勢成為各種分散式發(fā)電技術中最優(yōu)的技術之一。 技術尚未成熟：燃料電池進入商業(yè)化的時間還很短，可以說還是一種尚未成熟的技術。燃料電池發(fā)生故障之后，往往需要運回生產(chǎn)基地進行維修，目前還無法做到現(xiàn)場更換電池堆?？偟膩碚f，阻礙燃料電池商品化和廣泛應用的主要原因如下： 價格方面：降低造價是燃料電池發(fā)展的最大關鍵 ,亦是決定能否商業(yè)化的綜合指標。國內(nèi)對于燃料電池中原工學院畢業(yè)論文 13 在建筑上應用的研究相對較少。位于荷蘭阿納姆市的 100KW 級 SO 熱電聯(lián)供裝置，于 1997 年 12 月開始運行，為電網(wǎng)提供 109KW的電力，為該地區(qū)供熱系統(tǒng)提供 63KW 的熱力，到 2021 年 11 月為止，該系統(tǒng)已經(jīng)運行超過 萬 h，發(fā)電效率 46%，熱電綜合效率約為 80%。日本運行中的 PAFC 電站約 100 座，總容量 30MW 以上， 19 年投入運行的五井電廠的 11MW 級 PAFC 發(fā)電裝置是目前世界上容量最大的燃料電池發(fā)電站。對于燃料電池在建筑上的應用，美國、日本、加拿大、德國等國 處于領先地位。 建筑方面：燃料電池在建筑方面的應用，除提供電能外，還可同時提供冷熱源，因此稱為建筑冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。由大連化物所開發(fā)研制的 6臺 5kW 電池組構成的 中巴電動汽車的動力系統(tǒng)與中科院電工所研制的電推進系統(tǒng) 一起由東風汽車集團安裝在 19 座中巴車上，已成功進行了行車試驗。我國在國家“十五”863 計劃中，已經(jīng)特別設立電動汽車重大專項，將新一代電動汽車技術作為我國汽車科技創(chuàng)新的主攻方向。還有 PSA Peugeot Citroen（標志雪鐵龍）等公司在歐盟的幫助下，于 1996 年起啟動了 HydroGen計劃，研究汽車的替代能源問題， HydroGen FCEV 正是該計劃的成果。 Mazda 公司在 2021 年 2 月推出 Premacy FC 采用甲醇重整的燃料電池系統(tǒng)。 Jeep Commander2 是以 Jeep Commander 為基礎設計的混合動力電動汽車，它裝備有中原工學院畢業(yè)論文 12 50kW 的甲醇重整質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機和 90kW 的鎳氫電池組兩個動力源。 交通方面：燃料電池是迄今為止最有希望解決汽車能源問題的動力源?，F(xiàn)今的便攜式電源系統(tǒng)大多是鋰離子電池、鎳氫電池等充電電池或一次性化學電池，對于野外活動或在其他較特殊的環(huán)境，這些化學電池都存在一些不可克服的弱點： (1)輸出功率有限，重量比功率和體積比功率的密度都低； (2)儲能有限以及連續(xù)放電工作時間有限； (3)難以及時得到充電設施或需要很長的充電時間。這兩種型號的堿性燃料電池均通過航天環(huán)境模擬實驗。 AFC 系統(tǒng)還被用于潛水探察艇、深海潛水救助艇，在國內(nèi)，中國科學院大連化學物理研究所研制成功了兩種型號 (A 型和 B 型 ) 航天用、靜態(tài)排水石棉膜型 HO 堿性燃料電池。 2021 年3 月，德國的 HDW 公司開發(fā)了命名為 U 號的世界上第一艘現(xiàn)代非核潛艇，它是用燃料電池作為推進系統(tǒng)的動力。 航天與軍事方面：美國燃料電池的研究于上個世紀 50 年代末逐步展開，最初是美國航天局將燃料電池用在航天飛機上。 中原工學院畢業(yè)論文 11 4. 燃料電池的應用現(xiàn)狀以及存在的問題 燃料電池的應用現(xiàn)狀 各類燃料電池自開發(fā)出來已被應用到各個領域，在航天、交通以及家庭等領域都有不同程度的應用。 在燃料電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達陰極，與外電路的電子轉(zhuǎn)移構成回路，向外界提供電流，因此質(zhì)子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞直接影響電池的使用壽命。 優(yōu)點 如下 ： （ 1）其發(fā)電過程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換率高；發(fā)電時不產(chǎn)生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作也沒有噪音。接有負載時輸出電壓取決于輸出電流密度，通常在 ～ 1V 之間。以陽極為參考時，陰極電位為 。兩電極的反應分別為： 陽極： 2H2→ 4H+ + 4e 陰極： O2 + 4H+ + 4e → 2 H2O 整體： 2H2 + O2→ 2 H2O + 能量 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。 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)。 質(zhì)子交換膜燃料電池 (PENFC) 質(zhì)子交換膜燃料電池 (proton exchange membrane fuel cell，英文簡稱 PEMFC)是一種 繼堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池后發(fā)展起來的第五代燃料電池。 由于固體燃料電池的高能量轉(zhuǎn)換效率及其與其它燃料電池相比所具有的上述優(yōu)越性，因此固體氧化物燃料電池被認為是二十一世紀最有前景的能源技術，多年來一直是各國研究的重點。 陰極反應（以 H2 為例）： O2 +4e=2O2 中原工學院畢業(yè)論文 8 陽極反應： 2O2+2H2→ 2 H2O +4e 總反應： 2 H2 + O2 = 2 H2O 從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池之一，因為它不僅具有其他燃料電池的高效與環(huán)境友好等特點，還具備如下優(yōu)點： （ 1）運行溫度高（一般為 800－ 1000℃ ），陰、陽極的化學反 應速率大，