北京化工研究院doc-浙江科技学院生物与化学工程学院和电化学技术在新能源中的利用

中国石化科研单位—北京化工研究院CONTROLShockwaveFlash.ShockwaveFlash.9一、单位简介

草坪-图书馆、综合楼（横）

图书馆楼

光电子能谱仪

核磁共振仪

透射电镜北京化工研究院贯彻落实科学发展观，坚持科学技术必须面向经济建设的基本方针，在石油化工方面，以催化剂和高分子材料研究为重点，形成了烯烃和有机原料、聚烯烃、高分子材料、化工环境保护等四大专业优势，拥有乙烯和聚丙烯两大核心技术和一批石油化工专有技术，培养和造就了一支在国内外有一定影响、勇于创新的专业技术队伍，许多重要科技成果在工业生产中得到广泛应用。

当今世界经济全球化和科学技术发展日新月异，面临严峻挑战和难得的发展机遇，北京化工研究院秉承“成就客户、立足创新、尊重人才”的价值理念，以材料研究为先导，科技创新为基础，努力构建石油化工业务发展的技术平台，开发一流的成套技术，提供全套技术解决方案，成就客户，提升产品价值，降低投资和生产经营成本，增加经济效益。

北京化工研究院愿与海内外的朋友们一道，开发和推广高品质、低消耗和环境友好的石油化工新产品、新催化剂和新技术，共同分享科技进步，促进可持续发展。

北京化工研究院创建于1958年6月，是中国最早从事石油化工综合性研究的科研机构。她的历史渊源可以追溯到由著名爱国实业家范旭东先生、著名科学家侯德榜博士于1922年8月在天津塘沽成立的黄海化学工业研究社。1998年9月，北京化工研究院整体进入中国石油化工集团公司，现在是中国石化股份公司的直属科研院。

至2005年年底，北京化工研究院有职工800余人，资深高级研究人员占40%。其研究开发主要集中在烯烃和有机原料、聚烯烃、高分子材料、化工环境保护四个领域，并承担了中国石化下游业务核心技术——乙烯技术和聚丙烯技术的研究开发。

北京化工研究院按专业领域设置了12个研究部、室和3个配套部门，实验室面积达到24000平方米。院本部占地面积9.7万平方米、院区建筑面积6万多平方米，中试基地占地面积23.5万平方米、基地建筑面积3万多平方米。院本部和科学试验基地建有石油烃类裂解、加氢催化剂、聚烯烃催化剂、聚丙烯、气相聚乙烯、树脂改性与加工等多套中试、模试装置，分别担负着研究开发、分析测试和中间试验、催化剂生产等任务。

北京化工研究院设有国家聚烯烃工程研究中心、国家化学建材测试中心、国家基本有机原料质量监督检验中心、全国石油化工信息总站和全国化工环境保护信息总站等全国性和行业性技术中心。其负责编辑出版的《石油化工》、《化工环保》和《国内外石油化工快报》等学术刊物在业内广受好评。

北京化工研究院是国务院学位委员会批准的首批硕士学位授予单位之一，现有材料学、化学工艺、工业催化三个硕士学位授权点，同时是教育部批准的有单独招生计划的联合培养博士研究生的单位。2001年设立博士后科研工作站。

新时期，北京化工研究院将紧紧围绕中国石化下游核心业务，加强科技创新、成果转化和技术服务，坚持“探索一代，开发一代，推广一代，应用一代”，努力构筑主业发展的技术开台，加快建设成为展示中国石化科技创新水平的、具有国际竞争力的一流石油化工研发中心。

北京化工研究院秉承“创新、诚信、高效、奉献”的价值观念。建设具有一流人才、一流服务、一流技术、一流管理、一流装备的现代化研究开发机构是北京化工研究院追求的目标。

地址：北京朝阳区北三环东路14号邮编：100013

网址：二、科研开发显创新硕果（研发篇）

聚乙烯中试装置

中试装置

聚丙烯环管技术

高速双向拉伸BOPP膜技术

下厂服务（污水处理项目）

原子力显微镜科研开发一个平台：石油化工

四个领域：乙烯技术和有机化工

聚烯烃催化剂和工艺

塑料改性和加工应用

化工环境保护

12个技术系列

55个研究专题组

1980年以来，共获得国家各类奖24项，其中国家发明奖7项，国家科技进步奖17项。进入中国石化后，其成果开发和转化的速度都明显加快，七年来，共获省部级以上奖励40项。

1、乙烯技术和有机化工

在乙烯技术（主要是裂解、分离、加氢净化）和有机化工（氧化、氧氯化、羰基合成等）工艺技术及催化剂的科研开发中，具有长期的科研积累，已形成技术优势，应用于工业装置并取得优异成绩。

裂解炉技术与SEI等单位合作开发了CBL-I型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型裂解炉，在此基础上，和国内开发单位一起，又与美国ABBLUMMUS公司强强联合，进行10万吨/年及以上规模大型裂解炉SL型炉的开发。燕山石化2台10万吨/年裂解炉（SL-1型）于2000年7月建成，9月一次投料成功。扬子石化、上海石化、齐鲁和SECCO的19台10万吨/年大型裂解炉（SL-2型）已分别在2001-2005年建成投产。已建成和即将建成的生产能力达到260万吨/年。

蒸汽裂解馏分选择加氢技术

为了适应乙烯装置的不同分离流程，先后研制了碳二、碳三馏分选择加氢催化剂，并广泛应用于国内外乙烯装置。目前为止，国内已经有10余套乙烯装置选用了碳二馏分选择加氢催化剂BC-H-20A/B和前加氢催化剂BC-H-21。国内有11套装置、国外有8套乙烯装置使用了碳三馏分液相选择加氢催化剂BC-L-83。

国内首套碳五分离装置

在上海石化建成的2.5万吨/年碳五分离装置是国内第一套碳五分离工业化装置，为裂解碳五馏分的综合利用，降低乙烯成本揭开了新的篇章。

2、聚烯烃催化剂和工艺研究

在催化剂技术开发、工艺研究、新型树脂牌号开发、树脂添加助剂配方研究、聚烯烃结构表征及树脂加工应用研究等方面，均拥有经验丰富的技术人才和先进的仪器设备，研究开发工作具有很高的水平。

聚丙烯催化剂技术

聚丙烯催化剂技术的开发一直与国际先进技术同步发展，并且具有自己的特色。成功将所研发的各代聚丙烯催化剂实现了工业化生产，络合-Ⅱ型催化剂、N系列催化剂、NG催化剂及DQ球形系列高效催化剂均在聚丙烯工业生产上得到了广泛应用。具有突出优点的聚丙烯高效N催化剂技术专利权已许可给美国一家实力雄厚的公司，开辟了广阔的国际市场。1999年，开始进行新一代高性能聚丙烯催化剂的开发工作，现已完成工业应用试验，正在进行工业推广。

聚乙烯催化剂技术

始终跟踪聚乙烯催化剂技术的发展，进行了几代聚乙烯催化剂的研究。开发了适用于淤浆法生产HDPE的BCH催化剂技术、适用于气相法生产全密度PE的BCG催化剂技术、适用于采用催化剂淤浆进料方式的气相法生产全密度PE的BCS催化剂技术等，都成功实现了工业化生产和应用。还致力于茂及非茂等聚乙烯催化剂技术的研究开发。

聚烯烃工艺技术研究

拥有25公斤/小时连续法的环管－气相组合工艺聚丙烯中试装置和φ300气相流化床工艺聚乙烯中试装置，能进行催化剂的评价、新聚烯烃树脂牌号的中试开发及相关的聚合工艺研究，并在这几方面取得丰富的经验和系列研究成果。

选择氧化催化剂选择加氢催化剂

聚丙烯催化剂聚乙烯催化剂

3、高分子材料

拥有先进的塑料加工改性装置和树脂结构表征分析仪器，为中国塑料工业的发展和中国石化的合成树脂牌号开发做出了突出的贡献。其中：应用与复旦大学等单位合作开发的BOPP技术生产的BOPP专用料，性能全面达到并部分超过国际同类产品先进水平。自主开发的超细（纳米级）全硫化粉末橡胶已应用于热塑性树脂、热固性树脂的改性以及生产新型的全硫化热塑性弹性体。该技术已申请了包括母专利在内的多项国内外发明专利，并已建成工业生产装置。

拥有先进的并比较完善的高分子加工材料性能测试评价装置，如亚洲最大规模的管材评价装置，在材料分级、各种塑料管材性能评价方面在国内处于领先地位。

4、化工环境保护

已开发了60多项化工和石油化工“三废”治理技术，多数实现了工业应用；完成了90多个大中型化工建设项目的环境影响评价工作；开发了国际化学品安全卡（中文版）网络查询系统；组织并参加了中国石化清洁生产示范企业工作；承担了中国－加拿大清洁生产合作项目，圆满完成了一期（1997－2002）工作目标，获得了加拿大政府颁发的国际合作奖，现正进行二期（2002－2006）工作。

5、先进的科研开发手段

拥有光电子能谱仪、聚合物熔体拉伸流变仪、结晶分级仪以及制备型升温淋洗分级装置等齐全的催化剂和聚合物结构分析表征仪器。先进的分析测试仪器和高素质的技术人员为高水平的科研工作打下了坚实的基础。三、成果转化展基地风采（转化篇）

基地外景

基地三车间罐区为了加快科研成果的转化速度，1992年，在通州高新技术开发区建立了科学试验基地。经过10多年的建设，基地已拥有现代化的中试装置、配套的分析手段和完善的保障体系，同时坚持开发与应用并重，强化工艺研究与工程开发，加速科研成果的转化，推动新技术、新产品的市场化，院本部的聚烯烃催化剂、有机催化剂、改性塑料、纳米粉末橡胶及水处理剂在内的一系列新成果都在基地迅速实现转化。四、科技交流谋实力合作（合作篇）

2004.04.19安格公司来访秉承“合作”和“双赢”原则，通过技术许可、项目合作、委托研究、技术服务等多种形式，与众多国内外知名公司、研究机构和大学开展了广泛的技术交流和合作。共签订了上百项重要的合作协议和保密协议。在国际石油化工领域，建立了较高的知名度。五、以人为本铸精锐团队（人才篇）

戴伟在催化剂侧线评价装置指导科研人员试验

2003.06.25毛炳权（中）正在指导青年科技人员进行评价试验

毛炳权奖励基金颁奖大会

英语演讲大赛

中石化坚持“以人为本”，在实践中发现人才，以业绩作为衡量人才的标准，加大继续教育力度，培养青年一代学科带头人与科研中坚力量。

新世纪，将努力加强各类人才队伍建设，逐步形成“具有较高知识水平和创新能力的专业技术人才队伍、能够适应国际经营和市场经济要求的经营管理人才队伍和拥有丰富实际经验和一技之才的技能人才队伍”。改革内部用人机制，发挥团队精神，使各类人才创业有机会，干事有舞台，发展有空间。

到2006年7月底，全院在职职工837人，各类专业技术人员633人，其中具有高级专业技术职称人员251人，中国工程院院士1人，博士54人，硕士161人。离退休人员890人。

1、企业文化

在半个世纪文化与技术积淀基础上形成的“创新、诚信、效益、奉献”的企业精神，推动北京化工研究院不断前进。

创新——知识创新、技术创新、管理创新

诚信——市场经济，诚信为本

高效——改革与发展，推进科技为石化效益最大化服务

奉献——献身科技，奉献祖国

倡导“八荣八耻”价值观，爱我中华，振兴石化

创建“崇尚学习，尊重科学，分享知识，创新务实”文化氛围

坚持“成就客户”的经营理念

建立科学民主、贯彻到底的执行力

乒乓球比赛院羽毛球比赛足球比赛

体验式培训

2、远景目标：

到2010年，率先基本实现现代化。使北京化工研究院成为具有一流人才、一流服务、一流技术、一流管理和一流装备的现代化研究开发机构，为中国石化建成具有国际竞争力的世界级一体化能源化工公司提供强有力的技术支撑，为实现全面建设小康社会的宏伟目标做出新的贡献。

3、近期目标：

建成集团公司下游业务的三个中心——

烯烃和聚烯烃研究开发和技术服务中心；

塑料技术研究开发和技术服务中心；

石油化工技术信息、教育培训与技术咨询中心

4、近年内毕业生需求主要专业

化学工程与工艺高分子化工高分子材料高分子化学与物理工业催化

环境工程化学分析热工工程等

联系方式

单位地址：北京朝阳区北三环东路14号

邮政编码：100013

联系部门：中国石化北京化工研究院人力资源部

联系人：赵剑程高国利

联系电话：

传真：

电子邮箱：zhaojc@Gaoguoli@

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电化学技术在新能源中的利用一.能源的概况1.能源的重要性1.能源的重要性自古以来,人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗.在这一过程中,能源一直扮演着重要的角色.从世界经济发展的历史和现状来看,能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题,能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志,能源问题对社会经济发展起着决定性的作用.2.能源的种类2.能源的种类大自然赋予人类的能源是多种多样的,一般可分为常规能源和新能源两大类.常规能源包括煤炭,石油,天然气和水能,而新能源有生物质能,核能,风能,地热能,海洋能,太阳能和氢能等.其中煤炭,石油,天然气被成为化石能源,水能,生物质能,风能,太阳能和氢能等是可再生能源.3.化石能源的问题(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济发展的命脉,但目前主要使用的化石能源的储量不多.据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计,世界上煤,石油和天然气的储采比分别为204,40和60年,中国的情况更为严峻,据2002年统计,中国煤,石油和天然气的储采比只有82,15和46年.这表明在人类历史的长河中,只有很短的一段时间能使用化石能源.随着我国经济的持续高速增长,对能源的需求也持续攀升.我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤,上升到2002年的14.3亿吨.据估计,我国在2004,2020和2050年的石油消费量达3,4.5和6亿吨,其中进口量分别为1,2.7和4亿吨.4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量,这不但会制约我国经济的可持续发展,而且对国家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的CO2会造成温室效应,使全球气候变暖.有关机构已向联合国发出警告,如再不对CO2的排放采取严厉措施,在10年内,世界的气候将产生不可逆转的变化.我国的环境污染问题更是日趋严重,目前,我国CO2排放量占世界总排放量的14%,在美国之后位居第二,估计到2025年,将位居第一.在本世纪初联合国关于环境污染的调查中,发现在世界上十个环境污染最严重的城市中,七个在中国.它们是太原,北京,乌鲁木齐,兰州,重庆,济南和石家庄.4.21世纪世界能源发展趋势世纪世界能源发展趋势(1)节能技术将备受重视节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率,减少能源的浪费.目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标,也是一个国家总体科学技术水平的重要标志.许多研究报告指出,依靠节能可以将能源需求量降低2530%.我国在能源利用方面的效率很低,我国的能耗很高,是世界平均水平的2倍,发达国家的5-10倍,因此更应重视节能技术,我国应该充分重视化石能源的高效利用.(2)世界能源系统将发生重大变革世界能源系统将发生重大变革据预测,20世纪形成的以化石燃料为主的世界能源系统将在21世纪转换成以可再生能源为主的新的世界能源系统.在20世纪末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.据世界能源委员会(WEC)和国际应用分析系统研究所的研究报告认为,在20世纪上半叶,化石燃料仍将是世界一次能源的主体,但到21世纪下半叶,太阳能,生物质能,风能等新能源将占世界能源的50%左右.(3)煤炭将作为过渡能源而受到重视煤炭将作为过渡能源而受到重视由于石油和天然气的储量较少,而煤炭储量相对较多,因此煤炭将作为一种过渡能源而在21世纪上半叶受到重视.主要发展的技术是洁净煤技术,煤液化和汽化技术.(4)新化石能源的开发将得到强化新化石能源的开发将得到强化近年来发现,在海洋300米深处有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的开发已经受到特别的关注.据估计,世界甲烷水合物的储量可能超过石油,天然气和煤炭储量的总和.因此,甲烷水合物作为储量巨大的未开发能源开始受到世界各国的高度重视.(5)核能的利用将进一步得到重视核能的利用将进一步得到重视据国际原子能机构统计,在20世纪末,全世界运行的核电站有436座,总发电量为3.5亿千瓦.这些电站主要分布在美,法,日,英,俄等31个国家,近年来,由于担心核电站运转的安全性,核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全性的影响,核能的发展在发达国家已有下降趋势,但在亚洲地区仍有强劲的增加趋势,我国准备在今后几年内建造4座核电站.受控核聚变是一直受人们关心的技术,因为在海水中大约有23.4亿万吨氘,如受控核聚变技术在21世纪能得到应用,在21世纪末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的开发将越来越受到重视可再生能源的开发将越来越受到重视鉴于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起严重的环境污染和气候异常,人们对新能源的开发越来越重视.其中水力能,地热能,海洋能和风能的可利用资源有限,因此,太阳能,生物质能和氢能的利用将倍受关注.二.生物质能的利用1.生物质能的优点.(1)生物质来源丰富地球上每年生长的生物质总量约14001800亿吨,相当于目前世界总能耗的10倍,我国的生物质能也极为丰富,可作为能源开发的生物质能总量可达4.5亿吨标准煤.加上生物质能可再生.因此,生物质能的高效,规模化利用可有效缓解世界能源供需矛盾.(2)生物质能可多途径利用(a)直接燃烧.其热能和蒸汽可发电,技术成熟,但效率低.(b)生物转化.包括制沼气和水解发酵制取醇类.生物质制甲醇和乙醇技术基本成熟,但生产成本较高.生物质制沼气技术相当成熟.2002年全国已建1300多万个沼气池.(c)光热转化.通过气化,裂解,光催化等技术,获得气,液体燃料来发电.(d)生物柴油.从油料植物提取植物油,经甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃烧效率高等优点.(3)生物质能利用的环境污染少由于生物质利用过程中释放的CO2是其生长过程通过光合作用从环境吸收的,所以生物质能的利用过程不排放额外的CO2,而对环境污染少.生物质能的利用还能降低污染.如可利用生物质热解汽化技术处理生活垃圾等,可得到以甲烷为主的燃气,实现垃圾的减量化,无害化,资源化.2.生物质能利用的问题2.生物质能利用的问题生物质能利用的缺点主要是生物质分布广,大面积收集成本高,经济的收集半径在50公里以内,只适合建立小型,分散的生物质能利用系统.而小型转换系统的效率低,不提高生物质能的利用效率就不能获得好的经济效益,这是生物质能至今未能实现规模化应用的关键问题之一.因此,如何在小型,分散体系实现能量的高效,清洁及规模化利用是迫切需要解决的问题.三.太阳能的利用1.太阳能的优点太阳能的优点(1)太阳能来源丰富太阳能来源丰富太阳能来源丰富是众所周知的,这似乎是一种用之不绝,取之不尽的能源.太阳内部不停地进行热核反应,释放出巨大的能量,辐射到地球上的能量只占起辐射总能量的极小部分,约1/22亿,但地球每年接收的太阳能至少有6×1017千瓦小时,相当于74万吨标准煤的能量.其中被植物吸收的仅占0.015%.可见,开发太阳能利用的潜力很大.(2)太阳能的使用没有污染问题太阳能的使用没有污染问题这也是众所周知的,太阳能的使用基本上没有污染问题.(3)太阳能可多途径利用太阳能可多途径利用(a)太阳能的热利用.如太阳能热水器,太阳灶,太阳能蓄热池发电等.(b)太阳能发电.如太阳能电池和光电池.(c)光催化和光电催化制氢.主要用这两种技术从水或生物质中制得氢气.2.太阳能利用的概况太阳能利用的概况近年来,太阳能的利用发展很快,据1997年的数据,全球太阳能发电量已达800兆瓦.到2000年,日本已有7万个住宅用上太阳能电池,美国和欧盟计划在2010年前安装100万套太阳能电池.特别是把太阳能电池与屋顶瓦结合成光电发电系统,目前欧洲已有300套,年发电量为1亿千瓦.这种系统不但可供应清洁能源,而且美观耐用,寿命可达25年.太阳能的热利用发展更快.特别在我国,太阳能热水器的年产值已达60多亿元,居世界首位.3.太阳能利用的问题太阳能利用的问题开发太阳能利用的主要问题是如何提高太阳能的转换效率,其次是降低成本,这对我国特别重要,目前我国生产太阳能电池的能力已达几百兆瓦,但由于价格高,基本上都销往国外.第三,一些技术,如光催化和光电催化制氢技术还没成熟,没有达到实用化的阶段,应该抓紧这方面的研究和发展.四.氢能的利用1.氢能的优点氢能的优点(1)氢是自然界储量最丰富的元素.(2)氢是除核燃料外发热量最大的燃料.(3)氢燃烧生成水,是世界上最清洁的燃料.(4)燃烧性能好,可燃范围大,燃烧速度快.(5)氢可用多种方法大规模生产.(6)氢的利用形式多,可通过燃烧发电,通过燃料电池发电等.2.对氢能利用的重视2002年加拿大举办了以"氢行星"为主题的第14届世界氢能源大会.2003年在华盛顿召开15个国家和地区参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.冰岛计划用40年时间将冰岛建成"氢社会".布什将投资120亿美元来促进氢能源的发展.过去5年,工业化国家在氢能开发领域的投入年均递增20.5%.氢将取代天然气,油和煤而成为未来世界的主要能源,进入氢能时代已成为近年来的热门话题,21世纪将是氢能世纪.布什举着使用氢燃料的照相机我国对发展氢能经济也开始重视,参加了2003年在华盛顿召开的有15国家参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.2004和2005举办了两次关于氢能经济的中美双边会议.今年一月,中国科学院院士局召开了关于"石油替代能源"的研讨会,主要讨论石油资源可持续性分析,石油的替代能源,氢能燃料和我国的石油替代能源.并要组织人员进行软课题研究.3.氢能的问题3.氢能的问题(1)氢的价格氢的制备,储存和运输中的价格问题,是影响走进氢能时代的很关键的问题.要降低其价格,必须形成氢的制备,储存和运输的网络.(2)廉价清洁的制氢技术问题(2)廉价清洁的制氢技术问题目前制氢效率很低,氢的制取要消耗大量的能量,因此寻求大规模的廉价清洁的制氢技术是各国科学家共同关心的问题.(a)化石燃料制氢:目前,96%氢从化石燃料制备,技术成熟,但要造成环境污染.(b)电解水制氢:技术成熟,但耗能多,价格高.一般每生产1立方米的氢气,需要消耗4.2-6度的电能,其能量转化率不到32%.(c)生物质制氢:有可再生,产量大,可储存,碳循环等优点,从中长期看是最有前途的制氢方式.目前生物质制氢效率低.(d)生物制氢:国内外在选育高效产氢菌株工作进展不快,制氢效率低.(e)风能制氢:用风能发电来电解水产生氢,技术上没有问题,降低成本和风能发电量少是主要的问题.(f)太阳能制氢:该法还处在基础研究阶段,离商业化还有较远的距离.(3)氢的储运问题(3)氢的储运问题氢的储运技术主要解决储运的安全性和成本,现在由于储运技术不过关,因此浪费了许多氢.许多工业过程,如炼油,炼焦,氯碱,合成氨,合成甲醇及煤气制造等多有大量的副产品氢气,只是由于储运技术的问题而不能被利用.我国每年放空和烧掉的氢气至少在1010标立方米以上.因此解决氢的储运问题也是走进氢能时代的一个很关键的问题.目前氢的储运还有很大问题.(a)高压储氢:储氢量少,只有1%左右,还有不安全的问题.(b)液氢储氢:很不方便,储氢设备大,蒸发损失大.(c)吸附储氢:这是目前的研究热点,但储氢容量还较低,一般不超过2%.镁合金储氢在3%,但储放不可逆.热门一时的纳米碳管储氢也已没有了希望,最终的储氢量也只有1%左右.(e)化合物储氢:放氢不容易.(4)燃料电池还没有商品化用氢作燃料的燃料电池的出现是促进氢能利用的重要原因.近年来,由于化石燃料资源短缺和环境污染日趋严重,各国对燃料电池的研究十分重视.美国《时代周刊》把燃料电池列为21世纪十大高新科技之首,燃料电池已被认为是21世纪极具应用前景的一种新型能源系统.虽然燃料电池有很诱人的优点,而且燃料电池的发展已有100多年的历史,但至今还没有一种燃料电池已经真正商品化,因此,燃料电池何时才能商品化是一个与氢能利用密切相关的问题.4.反对氢能的意见4.反对氢能的意见(a)氢以化合物形式存在,制氢要消耗能源.它不是一种能源,而是能源的流通手段.(b)氢的泄漏会改变气候.氢不可避免泄漏,泄漏量可达15%.泄漏的氢会在大气形成水雾,它会象二氧化碳一样,使天气变暖.(c)现在一般用高压氢作燃料电池燃料,氢的泄漏会产生很大的不安全性,手机等的火花就会使泄漏的氢发生爆炸.(d)冰岛能做的,其他国家不一定能做,冰岛的氢都是电解水制得的,因该国70%的电是由地热和水电站产生的.(5)氢的清洁生产要用风能和太阳能.据估计,如用风能发电制氢,当风能发电量达到美国6%的用电量,风能发电机要占的面积要有半个加州那么大.(6)布什承诺投资120亿美元用于氢能的研究是一个微不足道的投资.美国去年用于核能和矿物质燃料方面的研究经费大于氢燃料的研究经费.美国推行"健康婚姻"的预算就有150亿美元.美国用于伊拉克战争的经费每月390亿美元.(7)氢燃料电池价格昂贵.目前内燃机成本为每千瓦50美元,而氢燃料电池为800美元.估计大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氢站也要花费大量的资金.五.燃料电池加速氢能利用1.燃料电池的优点.(1)燃料电池是一种高效清洁的能量转换系统,可降低环境污染和气候异常.(2)燃料电池能高效利用生物质转化产生的气,液物质和氢作燃料,因此,能促进氢能的利用.(3)燃料电池的发电效率不受体系规模限制,小型燃料电池同样能够实现高效发电,适合于生物质分散性的特点.2.燃料电池定义燃料电池是一种不经燃烧直接以电化学反应的方式将燃料的化学能转变成电能的装置,只要连续供应燃料,燃料电池就能连续发电.3.原理阳极反应:H2=2H++2e阴极反应:1/2O2+2H++2e=H2O总的反应:H2+1/2O2=H2O4.燃料电池分类碱性燃料电池(AFC)(1)碱性燃料电池(AFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Ag,氧化剂:氧电解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作温度:60-80oC用途:航天器和潜艇的动力源优点:比能量和比功率高缺点:对CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料电池(PAFC)磷酸燃料电池(PAFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:98%磷酸工作温度:200oC用途:家庭住宅能源和汽车动力源优点:稳定性好,已有商品生产缺点:用贵金属作催化剂,价格高.(3)质子交换膜燃料电池(PEMFC)质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含水的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:汽车和潜艇等的动力源优点:比能量和比功率高,寿命长,应用范围广缺点:对CO敏感,价格高,800美元/千瓦,而内燃机50美元/千瓦.氢源问题.(4)直接甲醇燃料电池(DMFC)直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极:催化剂:Pt合金,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含硫酸的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:可移动的小型电子仪器设备动力源优点:比能量高,体积小问题:Pt对甲醇氧化电催化效率低,易被甲醇氧化中间产物毒化,甲醇会透过质子交换膜.(5)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)阳极:催化剂:Ni,燃料:氢阴极:催化剂:NiO,氧化剂:氧电解液:熔融碳酸盐(NaCO3-LiCO3)工作温度:600oC用途:发电站优点:反应温度高,不需贵金属催化剂.可用含CO的燃料气.寿命长.能量转换率高,可达80%.问题:高温下,电解液会腐蚀电极材料.寿命2万小时,商业上要4万小时.(6)固体氧化物燃料电池(SOFC)固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极:催化剂:NiZrO2,燃料:甲烷,氢阴极:催化剂:NaCrO4等,氧化剂:氧电解液:ZrO2,CeO2等工作温度:900oC用途:发电站优点:不需贵金属催化剂.寿命长.可用各种燃料气.抗中毒能力强.能量转换率最高,可达80%以上.问题:高温下,密封困难,放大困难.价格高.5.PEMFC发展现状发展现状(1)世界各国对世界各国对PEMFC的重视世界各国对的重视近十年来,近十年来,PEMFC技术的研究开发受到技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,已出现许多PEMFC电动车样车.电动车样车.已出现许多电动车样车我国计划,年奥运会期间,我国计划,到2008年奥运会期间,将有我年奥运会期间国生产的燃料电池电动车会小批量,国生产的燃料电池电动车会小批量,示范性地行驶在街头.性地行驶在街头.年世博会期间,辆燃料电池公交到2010年世博会期间,20辆燃料电池公交年世博会期间辆燃料电池出租车,车,300辆燃料电池出租车,1000辆电动辆燃料电