【正文】 還是一種選擇透過(guò)性膜，主要起傳導(dǎo)質(zhì)子分隔氧化劑與還原劑的作用。 (4)工作穩(wěn)定可靠，常溫下有 80％的額定功率 。 氧氣與氫離子及電子在陰極發(fā)生反應(yīng)生成水： 02 + 4H+ + 4e ? 2H20 生成的水通過(guò)電極隨反應(yīng)尾氣排出。 二、質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 質(zhì)子交換膜型燃料電池以全氟磺酸型固體聚合物為電解質(zhì)，鉑／碳或鉑 — 釕／碳為電催化劑，氫或凈化重整氣為燃料，空氣或純氧為氧化劑，帶有氣體流動(dòng)通道的石墨或表面改性的金屬板為雙極板。 PEMFC以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為適應(yīng)性最廣的燃料電池類(lèi)型，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 5) 燃料多樣性：由于燃料可以是氫氣、天然氣、煤氣、沼氣的功能碳?xì)浠衔锶剂稀? 3) 適用性：由于污染小，無(wú)噪音，可靠，可使用于終端用戶，因而可減少各種損失，并節(jié)省設(shè)備投資。 染料電池的特點(diǎn) 燃料電池在本質(zhì)上是電化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置，它能夠通過(guò)電化學(xué) 過(guò)程直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，具有如下優(yōu)點(diǎn) : 1) 干凈清潔：利于環(huán)保，可減少二氧化碳的排放，無(wú)噪音，并自給供水。 而全氟磺酸型質(zhì)子交換膜的出現(xiàn)，又促使質(zhì)子交換膜燃料電池的研究得到復(fù)興，進(jìn)而迅猛發(fā)展。在熔融碳酸鹽中穩(wěn)定的偏鋁酸鋰隔膜的研制成功，加速了熔融碳酸鹽燃料電池兆瓦級(jí)實(shí)驗(yàn)電站的建設(shè)。 一種新的性能優(yōu)良的材料的發(fā)現(xiàn)及其在燃料電池中的應(yīng)用，會(huì)促進(jìn)一種燃料電池的飛速發(fā)展。 因此一臺(tái)燃料電池系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)小型自動(dòng)運(yùn)行的發(fā)電廠，它高效、無(wú)污染地將貯存在燃料與氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 以燃料電池組為核心，構(gòu)建燃料 (如氫 )供給的分系統(tǒng)，氧化劑 (如氧 )供應(yīng)的分系統(tǒng)，水熱管理分系統(tǒng)和輸出直流電升壓、穩(wěn)壓分系統(tǒng)。 一個(gè)單池，工作電壓僅 ?，為滿足用戶的需要，需將多節(jié)單池組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)電池組 (stack)。 在陽(yáng)極，氫氣與堿中的 0H?在電催化劑的作用下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成水和電子： H2十 20H? ? H20十 2e? ?0 ＝ ? V 電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極，在陰極電催化劑的作用下，參與氧的還原反應(yīng)： 02十 2H20十 4e ? ? 40H? ?0 ＝ V 生成的 0H?通過(guò)多孔膜遷移到氫電極。 當(dāng)電池發(fā)電時(shí)，要連續(xù)不斷地向電池內(nèi)送入燃料和氧化劑，排出反應(yīng)產(chǎn)物，同時(shí)也要排除一定的廢熱，以維護(hù)電池工作溫度的恒定。 一、染料電池的原理及特點(diǎn) 但是 FC 的工作方式又與常規(guī)的化學(xué)電源不同，而更類(lèi)似于汽油、柴油發(fā)電機(jī)。 ? 在 20 世紀(jì) 60 年代由普拉特 惠特尼公司研制出的燃料電池系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于宇航飛行，使得燃料電池進(jìn)入了應(yīng)用階段。因此燃料電池技術(shù)在數(shù)十年內(nèi)沒(méi)能取得大的進(jìn)展 . ? 直到 1923 年，由施密特提出了多孔氣體擴(kuò)散電極的概念，在此基礎(chǔ)上，培根提出了雙孔結(jié)構(gòu)電池概念，并成功開(kāi)發(fā)出中溫度培根型堿性燃料電池。 ? 但此后的一段時(shí)間里，人們?cè)谔剿魅剂想姵匕l(fā)電過(guò)程的實(shí)驗(yàn)都因?yàn)榉磻?yīng)速度太慢而使實(shí)驗(yàn)沒(méi)有成功。 燃料電池的發(fā)展過(guò)程 ? 1839 年，格羅夫發(fā)表了第一篇有關(guān)燃料電池研究的報(bào)告。經(jīng)過(guò)各方的互相協(xié)作和努力，燃料電池技術(shù)正日趨成熟。燃料電池材料研究進(jìn)展 引言 ? 隨著工業(yè)化過(guò)程的進(jìn)一步加強(qiáng)，大氣中二氧化碳的排放量和污染程度加劇，導(dǎo)致了溫室效應(yīng)越來(lái)越明顯，因此環(huán)保問(wèn)題引起了各國(guó)政府的重視。 ? 為此，綠色能源技術(shù)引起了各國(guó)的普遍關(guān)注，并且正在逐步成為一種趨勢(shì)。 ? 從本質(zhì)上講，燃料電池 (FC)是一種可以 等溫、直接地將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效 (50％ ?70％ )、無(wú)污染地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置， 不必經(jīng)過(guò)熱機(jī)過(guò)程，不受卡諾循環(huán)限制，因而能量轉(zhuǎn)化效率高，且具有無(wú)噪音，無(wú)污染， 可靠性及維護(hù)性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，引起了全世界的廣泛關(guān)注， 正在成為理想的替代能源。 ? 1889 年，蒙德和朗格爾采用了浸有電解質(zhì)的多孔非傳導(dǎo)材料為電池隔膜，以鉑黑為電催化劑，以鉑或金片為電流收集器組裝出燃料電池。與此同時(shí)，熱機(jī)研究卻取得了突破性進(jìn)展并成功運(yùn)用而迅速發(fā)展。以此為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一系列發(fā)展，這項(xiàng)燃料電池技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 FC的發(fā)電原理與化學(xué)電源一樣，電極提供電子轉(zhuǎn)移的場(chǎng)所： 陽(yáng)極催化燃料，如氫的氧化過(guò)程； 陰極催化氧化劑，如氧等的還原過(guò)程； 導(dǎo)電離子在將陰陽(yáng)極分開(kāi)的電解質(zhì)內(nèi)遷移， 電子通過(guò)外電路作功并構(gòu)成電的回路。 燃料和氧化劑不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)，而是儲(chǔ)存在電池外的儲(chǔ)罐中。 FC 本身只決定輸出功率的大小，其儲(chǔ)存能量則由儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐內(nèi)的燃料與氧化劑的量決定。 為保持電池連續(xù)工作，除了需與電池消耗氫氣、氧氣等速地供應(yīng)氫氣和氧氣外，還需連續(xù)、等速地從陽(yáng)極 (氫電極 )排出電池反應(yīng)生成的水，以維持電解液濃度的恒定；排除電池反應(yīng)的廢熱以維持電池工作溫度的恒定。 依據(jù)用戶對(duì)電池工作電壓的需求，確定電池組單電池的節(jié)數(shù)，再依據(jù)用戶對(duì)電池組功率的要求，和對(duì)電池組效率及電池組重量與體積比功率的綜合考慮，確定電池的工作面積。如果用戶需要交流電，還需加入直流交流逆變部分構(gòu)成總的燃料電池系統(tǒng)。 材料科學(xué)是燃料電池發(fā)展的基礎(chǔ)。 例如，石棉膜的研制及其在堿性電池中的成功應(yīng)用，確保了石棉膜堿性氫氧燃料電池成功地用于航天飛機(jī)。 氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯固體電解質(zhì)隔膜的發(fā)展，使固體氧化物燃料電池成為未來(lái)燃料電池分散電站的研究熱點(diǎn)。至今質(zhì)子交換膜燃料電池已被看作電動(dòng)車(chē)和不依賴(lài)空氣推進(jìn)的潛艇的最佳候選電源，成為世界各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。 2) 高效：由于其轉(zhuǎn)化過(guò)程沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱機(jī)過(guò)程，因此效率高。 4) 可調(diào)制性：由于它是組合的結(jié)構(gòu)，因而可以調(diào)節(jié)，以滿足各種需求。 基于以上特點(diǎn)，燃料電池成為綠色能源技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，成為本世紀(jì)最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。 PEMFC的應(yīng)用范圍包括兩方面： (1) 固定式電源和移動(dòng)式電源，其中固定式電源可分為大規(guī)模中心發(fā)電廠和小型分散式配置電站 (源 )； (2) 移動(dòng)式電源則包括便攜式