开云 开云体育平台开云 开云体育平台开云 开云体育平台改善电 提高电堆材 池结构； 料的性能和 优质耐 寿命；开发 热材料； 大批量制作 电解质 技术；电池 薄膜化 热量和水的 管理；降低 铂使用量
起支撑、集流、分割氧化剂与还原剂作 用并引导氧化剂和还原剂在电池内电极表 面流动的导电隔板通称为双极板。
待开 氧化剂中 发的 的CO2使电 课题 解液劣化； 水和热平 衡控制； 纯氢燃料 利用技术 的改进
廉价催 化剂的 开发或 铂使用 量的降 低；延 长系统 寿命， 降低成 本
（2）可靠性 与燃烧涡轮机循环系统或内燃机相比，燃料电池的转 动部件很少，因而系统更加安全可靠；电池组合是模块结构, 维修方便；处于额定功率以上过载运行时,它也能承受而效 率变化不大；当负载有变化时,它的响应速度也快。燃料电 池系统发生的唯一事故就是效率降低。 （3）良好的环境效益 燃料电池正是符合环境需求的高效洁净能源。 燃料电池中燃料的电化学反应副产物是水，其量极少 燃料电池发电厂没有噪声源，工作环境非常安静 燃料电池是各种能量转换装置中危险性最小的 燃料电池的环境友好性是使其具有极强生命力和长远发 展潜力的主要原因。
燃料电池的效率与其规模无关，因而在保持高燃料效 率时，燃料电池可在其半额定功率下运行。 封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换, 输出能量不 会随时间变化，但是燃料电池由于不断补充燃料，随着时 间延长，其输出能量也越多。燃料电池发电厂可设在用户 附近，这样可大大减少传输费用及传输损失。
燃料电池的另一个特点是在其发电的同时可产生热水 和蒸汽。其电热开云体育 开云平台输出比约为1.0，而汽轮机为0.5。这表明 在相同的电负荷下，燃料电池的热载为燃烧发电机的2倍。
(2) 燃料电池发展过程中的重大事 件 1839 年，英国的格罗夫发明“气体伏打电池”，格罗夫 也被称为“燃料电池之父”； 1896年，美国的雅克研制成功第一个数百瓦（大约300瓦） 的煤燃料电池； 1897 年 ， 德 国 的 能 斯 特 发 明 “ 能 斯 特 物 质 ” ----YSZ （85%ZrO215%Y2O3),该物质是目前广泛使用的高温固体氧 化物燃料电池的电解质材料； 1959年，英国的培根和弗洛斯特研制成功 6KW碱性燃料 电池系统,并用来驱动叉车、圆盘锯和电焊机；丽斯-查尔莫斯 公司开发出第一辆碱性燃料电池拖拉机 ，可以推动 3000lb (1lb =0.4536kg)的重物；65年，用于阿波罗登月飞船；67年， 通用汽车开发成功第一辆碱性燃料电池电动汽车Electrovan。
燃料电池可以作为宇宙飞船，人造卫星，宇 宙空间站等航天系统的能源，也可以用于并网发 电的高效电站；它可以作为大型厂矿的独立供电 系统，也可作为城市工业区，繁华商业区，高层 建筑物，边远地区和孤立海岛的小型供电站，此 外，它还能用于大型通信设备和家庭的备用电源 以及交通工具的牵引动力等。
（6）燃料来源广泛 燃料电池可以使用多种初级燃料，如天然气﹑煤气﹑甲醇 ﹑乙醇﹑汽油，也可以使用发电厂不宜使用的低质燃料，如褐 煤﹑废木﹑废纸，甚至城市垃圾，当然这些燃料需经过重整处 理后才能使用。 （7）发展潜力 燃料电池在效率上的突破，使其可与所有的传统发电技术 竞争。作为正在发展的技术，磷酸燃料电池已有了令人鼓舞的 进展。熔盐碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，将在未来 15～20年内产生飞跃性进步。而其它传统的发电技术，如汽轮 机﹑内燃机等，由于价格﹑污染等问题，其发展似乎走到了尽 头。
相同点：电化学反应的两个电极半反应分别在阴极和阳 极上发生，从而在外电路产生电流来发电的。
不同点：普通一次电池是一个封闭体系，与外界只有能 量交换而没有物质交换。燃料电池是一个敞开体系，与外 界不仅有能量的交换，也存在物质的交换。
(1) 高效率 在燃料电池中，燃料不是被燃烧变为热能,而 是直接发电, 不受卡诺热机效率的限制。理论上讲， 燃料电池可将燃料能量的90%转化为可利用的电 和热，实际效率可望在80%以上 。这样的高效率 是史无前例的。
燃料气（氢气﹑甲烷等）在阳极催化剂的作用下发生 氧化反应，生成阳离子并给出自由电子。 氧化物（通常为氧气）在阴极催化剂的作用下发生还 原反应，得到电子并产生阴离子。 阳极产生的阳离子或者阴极产生的阴离子通过质子导 电而电子绝缘的电解质运动到相对应的另外一个电极上， 生成反应产物并随未反应完全的反应物一起排到电池外。 与此同时，电子通过外电路由阳极运动到阴极，使整个反 应过程达到物质的平衡与电荷的平衡，外部用电器就获得 了燃料电池所提供的电能。
燃料电池还没有定型，人们改进燃料电池的热情一 直未减。新型直接甲醇燃料电池，高温质子交换膜燃料 电池，低温固体氧化物燃料电池和微型燃料电池正在发 展中，新技术﹑新材料﹑新工艺不断涌现。燃料电池的 发展目标必须定位在成本能与其它发电方式竞争， 而不是只是依靠高效率﹑低排放﹑安装维护简单﹑可靠 性好﹑长寿命﹑低污染﹑适应性强等优势去影响市场。 待开发的课题具体见表4-3。
4.1 燃料电池介绍 4.2 质子交换膜燃料电池材料 4.3 熔融碳酸盐燃料电池材料 4.4 固体氧化物燃料电池材料 4.5 燃料电池的应用与前景
4.1.1 简介 (1)什么是燃料电池？ 简单地说，燃料电池1(Fuel Cell，简称FC)是 一种将存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为 电能的电化学装置。 作为一种新型化学电源，燃料电池是继火电、 水电和核电之后的第四种发电方式。与火力发电 相比，关键的区别在于燃料电池的能量转变过程 是直接方式，如图 1-1 所示。
分割氧化剂 与还原剂 不能用多孔 透气材料 电的良导体 具有一定的强度 支撑膜电极、 保持电池堆结 构稳定 适应电池的工作 环境，具有抗腐 蚀能力 热的良导体
天然气， 轻质油， 甲醇等重 整气 40～45 对CO2 不 敏感；成 本相对较 低
天然气， 甲醇等重 整气，煤 气 50～开云体育 开云平台65 空气做氧 化剂、天 然气或甲 烷做燃料
天然气，甲醇 等 重整气 30～40 空气做氧化剂； 固体电解质； 室温工作；启 动迅速
1960年，美国通用电气公司开发成功质子交换膜燃料电 池；接下来几年，质子交换膜燃料电池被美国应用于双子星 座飞船； 1979年，在美国纽约完成了4.5MW磷酸燃料电池电厂的 测试；1986年，洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）开发成功 第一辆磷酸燃料电池公共汽车；1991年，日本千叶县的11MW 磷酸燃料电池试验电厂达到设计功率；
对CO敏感； 工作温度较 工作温度过高 需以纯氧 高 做氧化剂； 启动慢； 成本高 成本高
（4） 良好的操作性能 燃料电池具有其它技术无可比拟的优良的操作性能，节省了 运行费用。其发电系统对负载变动的响应速度快，无论处于额定 功率以上的过载运行或低于额定功率的低载运行，它都能承受， 并且发电效率波动不大，供电稳定性高。 （5） 灵活性 燃料电池发电厂可在2年内建成投产，其效率与规模无关， 可根据用户需求而增减发电容量。这对电力公司和用户来说是最 关键的因素及经济利益所在。 燃料电池发电系统是全自动运行，机械运动部件很少维护简 单，费用低，适合用做偏远地区﹑环境恶劣以及特殊场合（如空 间站和航天飞机）的电源。
1996年，美国加利福尼亚州的2MW 熔融碳酸盐燃料电池 试验电厂开始供电。
虽然燃料电池的种类很多并且不同类 型的燃料电池的电极反应各有不同，但都 是由阴极﹑阳极﹑电解质这几个基本单元 构成，其工作原理是一致的。
可移动电源 便携式电源 现场热 电联供 电动车 电动船 应用方面 居民热 电联供 5 200KW
五种燃料电池各自处于不同的发展阶段。 AFC是最成熟的燃料电池技术，其应用领域主要在空 间技术方面。在欧洲，AFC在陆地上的应用一直没有间开云体育 开云平台断。 PAFC试验电厂的功率达到 1.3～11MW，50～250KW 的工作电站已进入商业化阶段，但成本较高。 MCFC和 SOFC被认为最适合供发电， MCFC试验电 厂的功率达到 MW 级，几十至 250KW 工作电站接近商业 化。SOFC的研究开发仍处于起步阶段，功率小于100KW。 PEMFC在 90年代发展很快，特别是作为便携式电源 和机动车电源，但目前的成本太高，还无法与传统电源竞 争。
唯一使用固 再生燃料电池(RFC) 体燃料的燃 料电池 直接碳燃料电池(DCFC)
