我国氢能及燃料电池发展现状.docx

我国氢能及燃料电池发展现状摘要：在当今世界，氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。近年来，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展，燃料电池也因其具有的高效能、低污染、能源安全等特点近年来得到了各国政府、各大公司以及 各研究机构的普遍重视，并在很多领域 展示了广阔的应用前景。而氢燃料电池则更是当今最被看好的的新能源之一，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、普及率低等一系列有待解决的问题。本文从我国氢能及燃料电池发展现状、发展前景和发展中所存在的问题进行简单分析。Abstract:Intodaysworld,hydrogenisrecognizedasacleanenergysource,aslowcarbonandzerocarbonenergyisemerging.Inrecentyears,ChinaandtheUnitedStates,Japan,Canada,theEuropeanUnionhavedevelopedahydrogenenergydevelopmentplan,andnowChinahasmadealotofprogressinthefieldofhydrogenenergy,fuelcellsbecauseofitshighefficiency,lowpollution,energySafetyandothercharacteristicsinrecentyearshasbeenthegovernments,majorcompaniesandtheresearchinstitutionsofuniversalattention,andinmanyareastoshowabroadapplicationprospects.Whilethehydrogenfuelcellisevenmorepromisingtoday,oneofthenewenergy,however,hydrogenfuelcellsarestillhighcost,storageandtransportationdifficulties,technologyimmature,lowpenetrationrateandaseriesofproblemstobesolved.Thispaperanalyzesthecurrentsituation,developmentprospectanddevelopmentproblemsofhydrogenenergyandfuelcellinChina. 关键字：氢能 燃料电池 开发现状 应用前景正文：一、引言大约 250年前人们就发现了氢；约 150年前氢获得工业应用。在使用天然气之前，人们就用所谓的城市瓦斯来取暖、做饭或道路照明；那种瓦斯含氢达70%。我国在推广天然气之前，广泛使用的由煤制取的城市煤气中氢含量高达50%以上。 人们对氢并不陌生。 氢燃料电池是利用氢能源的优点将氢的化学能转化为电能和热能的装置，是利用氢能的最有效的方法之一。二、氢燃料电池介绍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。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。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。三氢能在中国的开发现状众所周知， 我国能源资源并不富有，人均资源量则更低， 研究人员认为氢能是解决我国能源短缺的根本对策之一。巨大的能源短缺， 直接关系到能源安全和国家安全。要解决中国能源短缺问题，近期应考虑其它液体替代能源。如甲醇，二甲醚等，从长远来看应考虑氢能的作用。在宏观国家问题上，我国早已试验成功的氢弹就是利用了氢的热核反应释放出的核能, 是氢能的一种特殊应用。我国航天领域使用的以液氢为燃料的液体火箭, 是氢用作为燃料能源的典型例子。氢能在宇航研究中具有广阔的应用前景, 如火箭发动机、氢内燃机等。在宏观民用工业领域,燃料电池近年来发展迅速。燃料电池( Fuel Cel, lFC)技术的最新发展及其诱人的前景, 使全世界都看到氢作为能源的可行性和必然性。作为具有无污染、高效率、适用广、无噪声、具有连续工作和积木化等优点的动力装置-氢能燃料电池，将随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善，在21世纪的能源舞台上大展风采。此外，面对民生问题，我国于1999年开展清洁城市汽车计划压缩天然气燃料汽车（CNG）和液化天然气燃料汽车(LNG)技术由于成本低廉使用环保，在国际上越来越受到重视。我国在北京，上海，广州，南京，沈阳等大中城市规划和建立了上千个天然气加气站。现有天然气燃料汽车15万辆以上。为进一步开发氢能, 推动氢能利用的发展, 氢能技术已被列入科技发展 “十五”计划和2015年远景规划(能源领域)。这些规划与措施，极大地缓解了我国对石油产品的依存度，降低了环境污染，为我国经济健康稳定地发展做出了贡献。四、我国氢燃料电池发展中遇到的问题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.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。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。3.氢气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。 针对氢气制取、储存和运输上面存在的问题，从经济性和技术成熟度两个维度分析气氢拖车、管道运输、液氢罐车和储氢材料这四种可能性：气氢拖车是未来一段时间的主要运输方式，气氢拖车具有运输成本较低的特点，但相对的运输量太小的劣势也暴露了出来；液氢罐车是未来的重要方向,其运输能力是气氢拖车的十倍以上,配合大规模可再生能源或者核电的弃电,是燃料电池大规模部署后的氢气解决方案; 液氢压缩的能源消耗和氢罐的制造成本过高则是其需要改进之处，管道氢气运输运营成本低、运输规模庞大,但最致命的缺点是投资成本高且只能点对点,因此在一段时间内很难成为主流; 固态储氢材料是未来氢气储存与运输的重要研究方向,包括物理吸附与金属或非金属氢化物储氢三个方向,目前都处于研究或者小规模实验状态。五、氢能及燃料电池发展前景展望当氢能源的使用成本降低到能够与石油等常规能源一样或者更低的时候，氢能源将被广泛利用于生活中的很多方面。1.氢气发电：大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但是各种用电户的负荷不同，电网有时是高峰，有时是低谷。为了调节峰荷、电网中常需要启动快和比较灵活的发电站，氢能发电就最适合抢演这个角色。利用氢气和氧气燃烧，组成氢氧发电机组。这种机组是火箭型内燃发动机配以发电机，不需要复杂的蒸汽锅炉系统，因此结构简单，启动迅速，要开即开，欲停即停。在电网低负荷的，还可吸收多余的电来进行电解水，生产氢和氧，以备高峰时发电用。2.燃料电池：这是利用氢和氧(成空气)直接经过电化学反应而产生电能的装置。其能源转换效率可达60 80 ，而且污染少，噪声小，装置可大可小，非常灵活。3.家用氢能：随着制氢技术的发展，氢能利用迟早将进入家庭，它可以像输送城市煤气一样，通过氢气管道送往千家万户。每个用户则采用金属氢化物贮罐将氢气贮存，然后分别接通厨房灶具、浴室、氢气冰箱空调机等等，并且在车库内与汽车充氢设备连接。人们的生活靠一条氢能管道，可以代替煤气、暖气甚至电力管线，连汽车的加油站也省掉了。这样清洁方便的氢能系统，将给人们创造舒适的生活环境，减轻许多繁杂事务。4.更加普及的氢燃料电池汽车：以氢燃料电池代替汽油作汽车发动机的燃料，无疑氢能汽车将是最清洁最理想的交通工具。除了产生同等的能量花费比石油更少的量的优势以外，氢能属于清洁的可再生能源。对人类环境状况不会产生过大的负面影响。参考文献：1. 王卫兵. 运城学院学报2006 第二十四期. 氢能源的开发和应用.1008- 8008( 2006) 02- 0047- 022. 邵栋 氢能源-二十一世纪的新能源 广州化工 2010年38卷第一期3. 毛宗强. 世界各国加快氢能源市场化步伐J. 中外能源