氢燃料电池的发展概况

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氢燃料电池的发展概况



王旋(10121968)

摘要: 在21世纪新能源中，清洁而高效的氢可能扮演重要的角色,其他各种能源都可以转化为比较容易储存的氢.氢燃料电池作为当今最被看好的的新能源之一,有着清洁、高效等等优点。氢燃料电池在氢能源汽车，工厂、住宅供电等方面都有着极大的需求和应用前景，甚至在未来可以逐步取代化石燃料的使用，成为人类生活必不可少的能源。然而，氢燃料电池目前尚存在成本高、储存运输困难、技术不成熟、普及率低等一系列问题。世界各国都对氢燃料电池表现出极大的热情并投入巨大的资金。我国氢源丰富，技术研发在国际上处于领先水平，应加快燃料电池的市场化步伐，积极培育以储氢罐、加氢站、输氢管道等为标志的氢经济或氢产业。

关键词：氢、燃料电池、氢能源汽车、氢经济

1. 氢燃料电池介绍

1.1氢燃料电池的原理：

氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。

1.2氢燃料电池的基本结构：

氢燃料电池的基本结构和基本燃料电池的结构相同包括：电极、电解质隔膜与集电器等。

电极是燃料氧化和还原的电化学反应发生的场所，可分成阴极与阳极两部分。电解质隔膜的功能是分隔氧化剂与还原剂并同时传导离子。目前燃料电池所采用的电解质隔膜可以分为两类，一类为以绝缘材料制作多孔隔膜，例如石棉膜、碳化硅膜和铝酸锂膜等，再将电解液，例如氢氧化钾、磷酸和熔融碳酸盐等，浸入多孔隔膜：另一类电解质隔膜为固态离子交换膜，例如质子交换膜燃料电池中采用的全氟磺酸树脂膜。集电器也称做双极板，它只有收集电 流、疏导反应气体及分隔氧化剂与还原剂的作用；双极板的性能取决于材料特性、流场设计与加工技术。

1.3氢燃料电池的应用： 20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域[5]。往返于太空和地球之间的“阿


波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。随着制氢技术的发展，氢燃料电池离我们的生活越来越近。到那时，氢气将像煤气一样通过管道被送入千家万户，每个用户则采用金属氢化物的贮罐将氢气贮存起来，然后连接氢燃料电池，再接通各种用电设备。它将为人们创造舒适的生活环境，减轻繁重的生活事务。但愿这种清洁方便的新型能源——氢燃料电池早日在人们日常生活中。

2氢燃料电池的发展现状

2.1国内外对氢燃料电池的投入与开发

美国政府每年花费9000万美元用于燃料电池的研发。2002年1月，美国总统布什明确表示，放弃已经进行了8年之久、耗资15亿美元的超高里程燃气动力汽车的开发研制，而把燃料电池汽车作为美国清洁汽车研发新的正式目标。美国和日本公司 20002年宣布共同展开对家庭氢燃料汽车加油站的技术研究，以便向家庭提供热量、热水和电力，同时为燃料电池汽车生产氢气[2]。

中国对氢能的研究与发展可以追溯到70年代初，中国科学家为发展本国的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产，燃料电池的研制与开发进行了大量而有效的工作。2001年底，燃料电池轿车项目落户上海后，由上海汽车集团、同济大学等10多家企业、高校、科研机构联合组成项目组，并成立燃料电池动力系统公司，进行项目攻关。2003年1 月12 日，国内首台燃料电池汽车“超越一号”在上海问世，使我国成为掌握燃料电池汽车技术的少数几个国家之一。

2010年5月在德国埃森召开的。第18届世界氢能大会”上。来自美国、德国、日本、中国等国家的代表介绍了各自国家最新的氢能进展[1]。 2.2氢燃料电池发展中遇到的困难

2.2.1氢气的制取：

一般工业制氢方法有电解水、台烃的化石燃料中制氢、太阳能光电化学分解热化学制氢制氢、光和微生物制氢等多种方法，但是目前还没有一种价格低廉、无污染、制作工艺成熟、技术优良的工艺方法，这个也是我们技术攻关的方向和目标。

2.2.2氢气的储存：

一般的储存方法有常压储氢、高压储氢、液氢储氢[7]。金属氢化物储氢以及吸附储存，由于氢特别轻，无色无味，而凡容易泄漏、易在空气中达到爆炸极限浓度就会发生爆炸，所以氢的储存成为了制取之后又一个技术性难题。

2.2.3氢的运输：

氢虽然有良好的可运输性，但不论是气态氢或是液氢，他们在使用过程中都存在不可忽视的实际问题。首先，氢特别轻。在运输和使用时。单位能量所占的体积相对较大，这对作汽车动力有一定的挑战。其次，氢特别容易泄漏，即使是真空密封的燃料箱，每24小时的泄漏率就达2％，而汽油一般每一个月才泄漏1％，因此，对贮氢容器和输氖管道，接头，阀门等都要采取特殊的密封措施。第三，液氢的温度极低，只要有一滴滴在皮肤上，就会发生严重的冻伤．因此在运输和使用过程中必须十分谨慎。要特别注意采取各种安全措施。


2.3氢燃料电池研究的最新进展

荷兰代夫特理工大学和阿姆斯特丹自由大学的研究人员证明，金属合金纳米粒子的大小能够 改变储存在金属氢化物中的氢气释放的速度。纳米粒子越小，氢气进入燃料电池的速度就越快[4]。

Electro Power Systems SpA．发布公司新技术EIectroSen它是世界上第一个完全自我充电的氢燃料电池技术。该技术旨在任何地点，无论是否离网，还是缺乏可靠电力或极端气候的位置．都为移动网络提供可靠的备用电源。这个功能齐全和自我充电的燃料电池系统仅消耗水，达到温室气体零排放。可以安装在备用可再生电源或供电网络[8]。

3我国的氢经济发展

3.1我国的氢能源优势[7]

我国氢的来源渠道多样。首先，我国南部和西南地区势能差大，水资源丰富，水电发达，已经建设成功的二滩水电站，即将竣工的三峡水利枢纽工程，无论是发电能力还是蓄水能力，都在世界上排在前列，在丰水期可以将大量剩余电力通过电解水制取氢。

传统的工业矿物也可以作为氢的来源，例如硼氢化钠等。在燃料电池中稀土、石墨是主要材料。我国稀土资源和石墨资源丰富，储量在世界上位居首位。

从管道建设方面讲，目前，我国正在实施的“西气东输”工程有可能成为未来输送氢气的主要通道。

3.2我国未来的氢经济发展方向和前景

2010年5月在德国埃森召开的。第18届世界氢能大会”上。来自美国、德国、日本、中国等国家的代表介绍了各自国家最新的氢能进展。中国科技部部长万钢出席大会并发言指出：中国要制订国家氢能规划．加大对氢能的投入。扩大氢能示范和应用，加强氢能的国际合作[1]。

我国传统汽车工业发展滞后，发展燃料电池汽车是赶超世界汽车工业先进水平的唯一出路。目前主要汽车生产厂商都在抢占燃料电池汽车技术制高点和市场先机，我们要及时把握燃料电池技术与世界先进水平差距不大这一优势，只争朝夕，尽快将燃料电池汽车推向市场。 我国的氢能研发要瞄准国际高端水平，加强氢能和燃料电池的相关研发；而中国的氢能产业化则要从中国实际出发、顺应市场要求，从最简单、最容易的氢能利用人手。当然，要以企业为主体，也要由国家相关部门制订鼓励、优惠政策。

参考文献：

[1] 毛宗强. 世界各国加快氢能源市场化步伐[J]. 中外能源. 2010,15(7):29-34.

[2] 闫卫东， 奚甡， 刘吉祥. 国内外氢能发展概况[J]. 中国能源.2003,158(2):17-20. [3] 作者不详. 荷兰研发氢燃料电池储氢新技术[J].汽车实用技术.2012(11):76. [4] 毕道治. 中国燃料电池的发展[J]. 电源技术. 2000,24(2):103-107

[5] 郭彦申 李进壮 王晓峰. 氢燃料电池在通信电源工程中的应用. 总参通信工程设计研究院 110005. 837

[6] 张乃国 ，张凡.氢燃料电池的特点及应用[D]. 清华大学信息技术学院.

[7] 李斌，王猛. 氢燃料电池--新能源汽车发展趋势探索[J]. 科技创业家。2011（2）：5.

[8] 贾旭平. 意大利EIectro Power System公司的EleCtroSelf氢燃料电池系统[J].电源技术.2011,35(8):889-891.

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