工业催化课题燃料电池的应用

燃料电池及其催化作用FuelCellandCatalysis电池的分类指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置干电池(Battery)指将化学能转换成电能的装置，并且放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生--把电能储存为化学能;需要放电时再次把化学能转换为电能蓄电池(StorageBattery)指利用两个电极的电极电势的不同，产生电势差，从而使电子流动，产生电流。又称非蓄电池，是电化学电池的一种。其电化学反应不能逆转原电池（Galvaniccell）燃料电池(FuelCell)

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被生产出来。基本原理1、氢气在阳极催化剂的作用下，发生阳极反应2、氢离子穿过电解质到达阴极，电子则通过外电路及负载也达到阴极，在阴极催化剂的作用下生成水3、伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。燃料现状能源安全性1国防安全性2高可靠度供电3燃料多样性4高效能5环境亲和性6燃料电池的特点能源安全性1自1970年代的石油危机后，各大工业国对石油的依赖仍有增无减，而且主要靠石油输出国的供应。美国载客车辆每日可消耗约600万桶油，占油料进口量之85%。若有20%的车辆采用燃料电池来驱动，每日便可省下120万桶油。燃料电池发电设备具有散布性的特质，它可让地区摆脱中央发电站式的电力输配架构。长距离、高电压的输电网络易成为军事行动的攻击目标。燃料电池设备可采集中也可采分散性配置，进而降低了敌人欲瘫痪国家供电系统的风险。国防安全性2高可靠度供电3燃料电池可架构于输配电网络之上作为备援电力，也可独立于电力网之外。在特殊的场合下，模块化的设置(串联安装几个完全相同的电池组系统以达到所需的电力)可提供极高的稳定性。燃料多样性4现代种类繁多的电池中，虽然仍以氢气为主要燃料，但配备「燃料转化器(或译重组器，fuelreformer)」的电池系统可以从碳氢化合物或醇类燃料中萃取出氢元素来利用。此外如垃圾掩埋场、废水处理场中厌氧微生物分解产生的沼气也是燃料的一大来源。高效能5由于燃料电池的原理系经由化学能直接转换为电能，而非产生大量废气与废热的燃烧作用，现今利用碳氢燃料的发电系统电能的转换效率可达40~50%；直接使用氢气的系统效率更可超过50%；发电设施若与燃气涡轮机并用，则整体效率可超过60%；若再将电池排放的废热加以回收利用，则燃料能量的利用率可超过85%。环境亲和性6科学家们已认定空气污染是造成心血管疾病、气喘及癌症的元凶之一。最近的健康研究显示，市区污染性的空气对健康的威胁如同吸入二手烟。燃料电池运用能源的方式大幅优于燃油动力机排放大量危害性废气的方案，其排放物大部份是水份。某些燃料电池虽亦排放二氧化碳，但其含量远低于汽油之排放量(约其1/6)。燃料电池的分类

1、按燃料电池的运行机理分。分为酸性燃料电池和碱性燃料电池

2.按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质

2.1碱性燃料电池（AFC）、

2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC）

2.3磷酸燃料电池（PAFC）、

2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、

2.5固体氧化物燃料电池（SOFC）、

3.按燃料类型分。

3.1氢燃料电池

3.2甲烷燃料电池

3.3甲醇燃料电池

3.4乙醇燃料电池

燃料电池的劣势价格和技术上存在的瓶颈1、燃料电池造价偏高2、燃料电池的启动速度尚不及内燃机引擎3、碳氢燃料无法直接利用4、氢气储存技术5、氢燃料基础建设不足燃料电池中的催化作用燃料电池中的电催化作用是用来加速燃料电池化学反应中电荷转移的一种作用，一般发生在电极与电解质的分界面上。催化剂是一类可产生电催化作用的物质。电催化剂可以分别用于催化阳极和阴极反应。这种分离的催化特征，使得人们可以更好地优选不同的催化剂。燃料电池中的电催化所谓电催化，是指在电场存在于溶液相或电极表面修饰时可以促进或抑制电极上的电子转移反应，并在电极表面或溶液相中不会发生在本质变化的一类化学现象。电催化反应速度不仅受催化剂活性的影响，也可在电场和在电解质的条件下发生变化。由于高电场强度，分子或具有显著的活动作用，离子成为电化学反应的参与者，使得反应所需的活化能大大降低，从而使电化学反应能在通常比温度低得多的环境下继续。在电催化反应中，由于工作时电极反应没有发生，化学能直接转化为电能