中英文文献翻译-燃料电池及其发展前景

参考译文： 燃料电池及其发展前景 燃料电池是一种电化学转换装置。它产生的电流来自于燃料（阳极侧）和氧化剂（阴极侧）在电解液作用下的化学反应。反应物（燃料）源源不断地流入电池，而反应产品（也就是电能）则从电池中流出，同时电解液依然保留在电池内部。只要保持必要的燃料供给 ,燃料电池几乎可以持续不断地产生电能。 燃料电池是一种特殊的电化学电池，因为它们的反应消耗来源是从外部获得，所以必须加以补充，这是一个开放的热力学系统。相比之下，电池储存的是化学电能，因此代表的是一个封闭的热力学系统。 有许多种燃料和氧化剂的组合 都是可行的。氢燃料电池使用氢作为燃料，而用氧气（通常来自于空气）作为氧化剂。其它燃料包括碳氢化合物和醇类。其它氧化剂包括氯和二氧化氯。 燃料电池设计 燃料电池是通过催化作用进行工作的，催化剂通常包括铂族金属或合金。在催化作用下将反应燃料的组成部分电子和质子分离，并迫使电子沿回路移动，从而将其转化为电流。另一种催化过程需要将电子与质子和氧化剂相结合，形成废物产品（通常是简单的化合物，像水和二氧化碳）。 一个典型的燃料电池在额定负载下所产生的电压从 至 不等。电压会随电流的增大而减小 ，主要取决于以下几个因素： （催化剂）活性的损失 欧姆损失（由于电池元件的自身电阻以及接触电阻引起的电压降） 大量传输损失（催化剂在高负荷下反应后枯竭 ,造成电压迅速降低） 为了提供所需的大量能源，燃料电池可以串联或者并联使用，串联可以产生较高的电压而并联可以获得较大的电流。这种设计通常被称为燃料电池堆。此外，还可以通过增加电池的表面积来获得更为强大的电流。 质子交换膜燃料电池 在氢氧质子交换膜燃料电池（ 原型中，一个质子导电聚合物膜（电解质），将燃料电池的阳极和阴极分开在两边。这就是在 20 世纪 70 年代初期质子交换原理还没有被广泛认识之前，被人们称为的“固体聚合物电解质燃料电池”（ （请注意，“聚合物电解质膜”和“质子交换机制”） 在 阳极侧，氢扩散到阳极 ,催化剂分裂成质子和电子。这些质子 常常会 与氧化剂反应使 之 成为通常被 人们 称 作的 简易化质子膜（ 质子是通过 交换膜向阴极 移动的 ，但电子 则 被迫 沿着 外部电路穿行（ 提供外 电 流 ），因为 质子 膜是 绝缘 的 。在阴极催化剂 的作用下， 氧分子 与 （已穿过外部电路 返回的 ）电子和质子 发生化学 反应形成水 。 在这个 反应模式 中 唯一的废物产品，要么 是液体 （水）要么 是 蒸汽。 除了这种纯粹的氢型 燃料电池外 ，还有 以 碳氢作为燃料的燃料电池，包括柴油，甲醇（分直接甲醇燃料电池和间接甲醇燃料电池）和化学氢化物 燃料电池 。这些类型 燃料电池 的废料产品是二氧化碳和水。 不同类型的燃料电池使用的 不同的 反应材料。在一个典型的膜电极装 置中 ，电极 的两个 极板通常 都是采 用金属制造的，镍或碳纳米管，并涂有催化剂（如铂，纳米铁粉或钯） ，从而使其具有 更高的效率。 复写 纸 将它们与 电解质分开 ， 电解质 可以 是 陶瓷 材料 或 者交换 膜。 氧离子交换燃料电池 在固体氧化物燃料电池的设计中，阳极 和阴极 是由 能够传导氧离子但是不能传导电子的 电解 质分隔开来 。电解 质 通常是由 参杂 氧化钇 的 氧化锆 材料组成 。 在阴极一侧，氧气 与电子通过 催化反应成为氧离子，它通过电解液 扩散到 阳极侧。 在 阳极 一侧 ，氧离子与氢反应形成水和自由电子。 于是连接在阳极和阴极之间的外接负载形成了电流的完整通路 。 燃料电池设计问题 燃料电池的费用 2002 年，典型的 燃料 电池催化剂 包含在 电力输出 中的费用约为 1000 美元 每千瓦 。在 2008 年美国联合技术公司安装 400 千瓦燃料电池的费用是 100 万美元。我们的目标是降低 发电 成本，以 便于同 当前 市场上的常规发电方式比如 汽油内燃机 等 竞争。许多公司正致力于提高技术， 试图通过 各种方式 减少成本 ，包括减少铂在每个电池 中的使用量 。巴拉德动力系统 曾经采用 增强 型 碳丝催化剂 做过 实验， 实验表明在不影响电池性能的情况下 可减少 30（ 1 毫克 / 至 克 / 铂金使用 量 。 子交换膜）的生产成本费用。目前的 费用 400 /平方米。在 2005 年巴拉德动力系统宣布，该公司的燃料电池将使用 ， 一种由制并拥有专利权的 多孔聚乙烯薄膜。 质子交换膜燃料电池中 水和空气的管理。在此类型的燃 料电池中，膜必须含水，水的蒸发速度 要与该膜生产过程中的蒸发速度严格一致 。如果 交换膜中 水的蒸发过快，膜就会太干燥，阻值增大，并最终裂缝， 导致 氢气和氧气 直接 结合 形成 天然气短路的现象，这样会产生 大量的 热量损坏燃料电池。如果水的蒸发速度太慢，电极将 被淹没 ， 从而阻止了 反应 物与 催化剂 的结合，化学 反应停止。用电水泵流量控制的方法来管理 燃料 电池 交换膜中 的水是侧重点 ， 正如在内燃机中 保持反应物 和氧气稳定的比例 是非常 重要的 一样 ，从而保持燃料电池有效地运作。 温度管理 必须保持整个电池 维持 相同的温度，以防止热负荷 对 电池 的 破坏 ， 这是 特别具有挑战性的 。 2 2反应 会在燃料电池中产生 大量的热，损坏燃料电池。 特种 类型的电池要求耐用性和使用寿命 固定式 燃料电池 应该能够 在 35 至 40的 温度 下稳定 运行超过 4 万小时，而汽车的燃料电池需要在极端温度下有 5千小时的寿命（相当于 行驶 15万英里）。 汽车发动机也必须能够可靠地运行在 30温度下，并且具有较高的升功率（通常为 ）。 历史 燃料电池 的原理最初 是由德国科学家 1838年 发表在 当时的一本 科学杂志上。在 此基础上，由威尔士科学家威 廉 罗伯特 格罗夫在 1839 年 2 月版的哲学杂志和科学 期刊 上首次 论证了 燃料电池 ，并于 1842年在同一期 刊上提出了设计原理图 。他 设计 的燃料电池使用的 材料 类似于今天的磷酸燃料电池。 1955 年，在通用电气公司（ 作的化学 工程师 托马斯 格拉布，进一步修改了原来的燃料电池设计 方案， 采用磺化聚苯乙烯离子交换膜作为电解质。三年后，另一 位通用电气的化学工程师莱昂纳多涅德拉茨 发明了一种方法，在膜上沉积铂作为氢与氧的氧化还原反应 所必需 的 催化剂， 这被称为格拉布 料电池。通用电气公司继续 与美国 航空 航天局和 麦道 飞机 公司 合作 研发 这种技术 ，使 其 应用在了 双子 星 项目 上 。这是燃料电池的第一次商业性使用。 此后直到 1959 年，英国工程师托马斯 弗朗西斯 培根 才 成功地开发出 了 5 千瓦固定 式 燃料电池。 1959 年，哈 里 艾琳格 所领导的设计小组 为爱丽 丝 查尔莫斯研制 了一 台 15 千瓦的燃料电池拖拉机 ，该机 在美国国家博览会 上进行了 展出。该系统采用氢氧化钾作为电解质 ， 压缩氢气和氧气 为 反应 物 。后来 在 1959 年，培根和他的同事们 研制 出了 一台实用的 5 千瓦 燃料电池 机组 ，能够为电焊 机 提供电能 。在 20 世纪 60 年代，普 拉特和 惠特 尼获得 美 国 政府特许将 培根 的 专利用于美国在太空计划中的供电和饮用水 供应 （氢气和氧气在 太空舱 可以轻松的得到）。 联合技术公司的子公司 司，主要用于为 医院，大学和大型办公楼 提供备用 电站。 续以纯净电池 200 的名字在 市场 上推销这款 200 千瓦的产品 （虽然很快就要更换400 千瓦的版本，预计 将 在 2009 年 末 上市 销售）。 目前 力 公司 仍然是美国宇航局 太空 车辆燃料电池的唯一供应商 ，并曾经 在阿波罗 登月和近年来的太空船项目中为宇航局提供帮助。该公司 正在开发燃料电池汽车，公共 汽车和手机 基站； 该公司已经展示了第 一台 能在 冰点以 下 启动的 质子交换膜 电动 汽车燃料电池。 燃料电池的效率 燃料电池的效率依 赖于 从它得出的功率 。 因此， 输出的功率越多、电流越大，电池的损耗也就越大，效率也就越低。而大多数损耗都是以电压降的形式体现出来的，故而电池的效率几乎和它的输出电压成正比 。出于这个原因， 厂家通常都会给出任何一款电池的伏安特性曲线（所谓的极化曲线）。 一个典型的运行在 出电压的燃料 电池的效率约 为 50，也就是说 氢燃料中的 50的能量转化为 了 电能，其余的 50将转换成热量 散失掉了 。（根据燃料电 池系统的设计 ， 一些燃料 会散失掉并没有参与 反应， 从而 构成了 另外一部分 额外的损失） 对于 一个工作在额定条件下并且没有反应物流失的 氢 燃料电池 ， 其发电 效率等于电池电压除以 ， 这是基于热 焓或 反应 热值的影响 。对于同一块电池，另一种计算 效率 的公式是将 电池电压除以 （此电压 比值会 随 所 用燃料 类型、 质量和温度 而变 ） 。上述两种计算方法 之间的差异反应 了热 焓和吉布斯自由能之间的差异。这种差异似乎总是 以发 热 的形式体现出来 ， 伴随着其它的电 转换效率 损失 。 燃料电池不是 在 热循环 方式下 运行的。因此， 它们不会像 内燃机那样 受到 热力 学限制， 比 如卡诺循环效率。 有时人们会错误地说：燃料电池免受热力学定律的限制。因为至少大多数人单就燃烧过程生成热焓而言是这样认为的。热力学定律同样适用于类似燃料电池这样的化学反应过程（吉布斯自由能），但是其理论热效率（在热力学温度 298K 时的热效率为 83%）要高于奥托循环热效率（在压缩比为 10，绝热系数为 的热效率为 60%）。比较带有限制条件的热力学不是对实际应有效率的好的预测。同样，如果是用于电力拖动，那么燃料电池的输出不得不再次转换为相应低效率的机械功率。关于上文中提到的豁免要求，正确的说法是： “热 力学第二定律 对于燃料电池 的 工作所 施加的限制 要比对常规的能量转换系统所施加的限制小得多 ”。 因此， 燃料电池在将化学能转化成电能的过程中 具有很高的效率，尤其是当 它们运行在 低功率密度下，并 且 利用纯氢气和氧气作为反应剂。 在 实际使用过程中，使用 空气（而不是瓶装氧气）的燃料电池，在送风系统中造成的损失也必须加以考虑 ， 这是指为空气增压和除湿。这大大降低了效率，使得燃料电池的效率 和 压缩点火 式 内燃 机 非常 接近。此外燃料电池 的 效率随负荷的增加而 降低 。 燃料电池汽车 在低负荷时的 油箱到车轮效率 为 45左右，在被用作测试工况的 欧洲行驶工况） 下运行时所显示的效率平均值为 36。 对 比 同样行驶在 况下的 柴油机车辆 ，其效率仅为 22 。 在 2008 年本田 公司 推出了 一款 声称 油箱到车轮效率可达 60%的使用 燃料堆栈 的概念汽车 。 燃料电池不可能 像 电池一样储存能量，但在某些应用 场合 ， 比如说建立在不连续动力源如太阳能和风能基础上的独立的发电厂 ， 它们可以和 电解槽 以及蓄电池组共同构成 储能系统 ,这种类型发电厂 （电力，氢再到电力）的 总 效率 （ 称为往返效率 ）介于 3050 之间，具体数值要看工况而定 。虽然更便宜的铅酸电池其 返回 效率 可能会 达到 90左右 ，但电解槽 /燃料电池系统可以存储无限量的氢，因此更适合长期储存。 文献翻译 英文 原文： is an It on an on in of an of as as in an be By a of A as as by of to a to a or to A a at as to to of of at of To of be in a to be a is a be to n a ( a (in 970s, (in On to it to is to as to to in an is On to in or In to of in by In a of or a or be or a n a by an is to to is On a of to to On to A n 2002, a S$1000 of 008 001,000,000 00kW is to in to on to in a of of in a a 30% 1 mg/.7 mg/in in of 400/m. 005 a In of be to be at it is If is it it a If is to in on as in a a is to he be in to of is as 2is so a of is of 0,000 of at a 35C , a 5,000 50,000 be to 30 C a to .5 kW he of 838 in of of on in 839 of 842, in he to s 955, W. a by a as E a of as as . 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