燃料电池电极材料简述（合集五篇）

第一篇：燃料电池电极材料简述

燃料电池电极材料简述

By 小叶好的

摘要

本文分别简述了五种燃料电池的点击材料的发展状况。分别从质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池、熔融盐燃料电池五种类型分别对电极材料进行简述，并结合最新的前沿研究对燃料电池电极材料进行简单的论述。关键词

燃料电池 正极材料 负极材料 电极 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，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。一．质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

在质子交换膜燃料电池中，电解质是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸，和质子能够渗透但不导电的NafionTM，而电极基本由碳组成。氢流入燃料电池到达阳极，裂解成氢离子（质子）和电子。氢离子通过电解质渗透到阴极，而电子通过外部网路流动，提供电力。以空气形式存在的氧供应到阴极，与电子和氢离子结合形成水。在电极上的这些反应如下：

阳极：2H2→ 4H+ + 4e-

阴极：O2 + 4H+ + 4e-→ 2 H2O

整体：2H2 + O2→ 2 H2O + 能量

质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低温下，电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的一层薄的白金进行催化。

这种电极/电解质装置通常称做膜电极装配（MEA），将其夹在二个场流板中间便能构成燃料电池。这二个板上都有沟槽，将燃料引导到电极上，也能通过膜电极装配导电。每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。驱动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压，将多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存储器。

二．固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。广泛采用陶瓷材料作阴极和阳极电极材料，具有全固态结构。陶瓷电解质要求中、高温运行（600～1000℃），加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。

阴极材料目前已经有用柠檬酸络合法制备超细的钙钛矿型结构的固体氧化物燃料电池阴极材料La_(0.7)Sr_(0.2)Co_(0.1)CuO_(3-σ)(LSCC).选用合适的反应条件和煅烧温度制得所需要的材料后,用DSC-TG、XRD、SEM等对粉体进行物相测定和形貌观察;选用不同温度煅烧前驱体,得到不同比表面积的粉体材料,通过半干法工艺成型LSCC阴极材料并测试它在不同温度条件下的电性能.结果表明,溶胶凝胶-高温自燃烧法能制备出超细纯相的LSCC阴极材料,且该阴极材料在中温条件下使用具有良好的导电性能(不低于150 S/cm)和输出功率(0.85 W/cm~2)和较低的活化能(112.1 kJ/mol).最近,一些具有电子和氧离子混合传导的A2B2O5型复合氧化物成为人们研究的热点材料。这类材料主要包括层状钙钛矿结构,如LnBaCo2O5+δ(Ln为稀土元素)、LaBaCuFeO5+δ和YBaCuCoO5+δ等氧化物和钙铁石结构,如Ca2Fe2O5、La2Co2O5等氧化物[1～3]。由于具有良好的晶体结构、独特的电化学性能以及较高催化活性,这些氧化物在新材料开发方面得到了高度的重视[4,5]。有关A2B2O5型层状钙钛矿结构氧化物用于SOFC阴极材料的研究最近也有一些报道,并且表现出较好的电化学性能。Tarancón等报道了GdBaCo2O5+δ氧化物阴极材料在不同固体电解质上的电化学性能,发现当测试温度为700℃时,电极的极化电阻最小值为0.25Ω.cm2。同时,Kim等研究了PrBaCo2O5+δ阴极材料的氧扩散及表无机化学学报第25卷面交换性能,结果显示,在测试温度范围内该材料具有很好的氧扩散能力;同时,电化学测试结果显示,在较低的测试温度下(600℃),PrBaCo2O5+δ阴极材料具有较小的极化电阻(0.15Ω.cm2)。

三．磷酸燃料电池

磷酸燃料电池是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。正如其名字所示，这种电池使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于150-200℃左右，但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。

目前已经有ElectroChem电池，其标准电极是使用在碳纸上的10wt %，20wt % Pt/C或30wt% Pt/RU触媒.我们也有特别订制的电极可供选择。但是目前比较成熟的是，正极材料采用磷酸铁锂，正极集流体采用铝箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨的一种或两种混合物，正极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯；负极材料采用天然石墨或人造石墨，负极集流体采用铜箔，导电剂选用超导炭黑、导电石墨一种或两种混合物，负极材料粘结剂选用聚偏二氟乙烯或羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶；正极片、负极片、隔膜经多层层叠卷绕制成圆柱形卷芯。本发明不仅容量大，而且可以大倍率放电。合成方法主要有二步法工艺和胶-凝胶法，二步法工艺先是将含铁、酸根的原料均匀混合，在较低温度下合成结晶程度较好的磷酸铁锂；然后将磷酸铁锂和复合导电剂(无机导电物与含碳导电剂前驱物)充分混和，在较高温度下经短时间热处理即可得到电化学性能优良的正极材料磷酸铁锂，获得的磷酸铁锂结晶性好，其与导电剂的界面作用强，使材料的锂离子和电子导电率高，并适合用于大倍率充放，本工艺原料为廉价化工产品，合成工艺简单，易于规模化生产，添加电子导电剂的方法独特，产品材料电化学性能优良。溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法。将五氧化二钒粉末加热到600-900℃，并恒温1-4h使其熔融后迅速倒入装有水的容器中形成棕红色溶液，然后往溶液中加入锂盐、磷酸盐和有机酸，混合均匀后，在惰性气体的保护下于400℃-700℃烧结5-20h，冷却后即为成品。

四． 碱性燃料电池

碱性燃料电池一般以碳为电极，并使用氢氧化钾为电解质。碱性燃料电池的电能转换效率为所有燃料电池中最高的，最高可达70%。

19世纪60年代初，中温碱性燃料电池被用于太阳神阿波罗太空飞船，标志着燃料电池技术成为民用。碱性燃料电池在太空飞行中的应用获得成功，因为空间站的推动原料是氢和氧，电池反应生成的水经过净化可供宇航员饮用，其供氧分系统还可以与生保系统互为备份，而且对空间环境不产生污染。

20世纪90年代以来，众多汽车生产商都在研究使用低温燃料电池作为汽车动力电池的可行性。由于低温碱性燃料电池存在易受CO2毒化等缺陷，使其在汽车上的应用受到限制，因此，除少数机构还在研究碱性燃料电池外，大多数汽车厂商和研究机构都在质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）上寻求突破。然而PEMFC和DMFC都以贵金属Pt为主催化剂，一旦PEMFC和DMFC达到真正的批量生产阶段，将被迫面临Pt的匮乏。碱性燃料电池可以不采用贵金属作催化剂，如果采用CO2过滤器或碱液循环等手段去除CO2，克服其致命弱点后，用于汽车的碱性燃料电池将具有现实意义。因此，碱性燃料电池领域近年的研究重点是CO2毒化解决方法和替代贵金属的催化剂。

最近的研究表明，CO2毒化问题可通过多种方式解决，如通过电化学方法消除CO2，使用循环电解质、液态氢，以及开发先进的电极制备技术等。德国的Gulzow,E.等人2004年研究发现：当电极采用特殊方法制备时，可以在CO2含量较高的条件下正常运行而不受毒化。在电极制备中，催化剂材料与PTFE 细颗粒在高速下混合，粒径小于1μm的PTFE小颗粒覆盖在催化剂表面，增加了电极强度，同时也避免了电极被电解液完全淹没，减小了碳酸盐析出堵塞微孔及对电极造成机械损害的可能性。香港大学倪萌等人2004年提出使用氨（NH3）作为氢源在碱性燃料电池上使用将具有较好的发展前景。氨在室温下仅需8～9MPa就可被液化，不需较高能量消耗，且价格低，已有比较完善的生产、运输体系。氨具有强烈刺鼻的气味，其泄漏很容易检测。氨的爆炸范围比较小，仅15%～28%（体积比），相对安全。在碱性燃料电池使用中，只需在燃料入口增加一个重整器，将NH3分解为N2 和H2 即可。NH3的使用为碱性燃料电池的应用展开了一片较好的前景。

在替代贵金属的催化剂方面，近年的研究集中于：如何在非贵金属催化剂的稳定性和电极性能方面取得突破，开发与贵金属复合的多元催化剂，以及提高贵金属利用率、降低贵金属负载量等。基于纳米材料的电催化剂的应用研究是该领域近年的发展方向之一，纳米材料具有大比表面积、优良的导电性，在强碱液中表现出良好的耐蚀性，碳纳米管（CNTs）可作为碱性燃料电池中H2氧化反应的催化剂或催化剂载体。2000年，印度的N.Rajalakshmi等人采用直流电弧放电法制备单壁碳纳米管，经过加热、纯化、浓硝酸处理过后的碳纳米管具有类似于金属氢化物的催化活性。将其与铜粉按比例混合后制备的工作电极的电化学性能稳定、效率较高。2007年，日本汽车商Daihatsu宣布开发出一款无铂的碱性燃料电池。该技术适用于小型、有限范围的汽车，对性能和耐久性的要求不像大型汽车那么严格，但该技术还处于初级阶段，近期不会有商业化产品。

近年来，国际研究者在CO2毒化解决方法和替代贵金属的催化剂方面取得的研究进展，为低温碱性燃料电池的汽车应用创造了可能性。

五． 熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池以熔融碱金属碳酸盐的混合物组成低共熔体系作电解质，以氧化镍为正极、镍为负极的一种燃料电池。其燃料用氢和一氧化碳，氧化剂为空气。

1、阳极

MCFC的阳极催化剂最早采用银和铂，为降低成本，后来改用了导电性与电催化性能良好的镍。但镍被发现在MCFC的工作温度与电池组装力的作用下会发生烧结和蠕变现象，进而MCFC采用了Ni-Cr或Ni-Al合金等作阳极的电催化剂。加入2%~10%Cr的目的是防止烧结，但Ni-Cr阳极易发生蠕变。另外，Cr还能被电解质锂化，并消耗碳酸盐，Cr的含量减少会减少电解质的损失，但蠕变将增大。相比之下，Ni-Al阳极蠕变小，电解质损失少，蠕变降低是由于合金中生成了。

2、阴极

熔融碳酸盐燃料电池的阴极催化剂普遍采用氧化镍。其典型的制备方法是将多孔镍电极在电池升温过程中就地氧化，而且部分被锂化，形成非化学计量化合物，电极导电性极大提高。但是，这样制备的NiO电极会产生膨胀，向外挤压电池壳体，破坏壳体与电解质基体之间的湿密封。改进这一缺陷的方法有以下几种：

（l）Ni电极先在电池外氧化，再到电池中掺Li;或氧化和掺Li都在电池外进行；

（2）直接用NiO粉进行烧结，在烧结前掺Li，或在电池中掺Li:

（3）在空气中烧结金属镍粉，使烧结和氧化同时完成；

（4）在Ni电极中放置金属丝网（或拉网）以增强结构的稳定性等等。

参考文献：

[1].毛宗强等 《燃料电池》 化学工业出版社2005.[2].马欣.王胜开.陈国顺 《燃料电池设计与制造》 电子工业出版社 2008.07 [3].肖德.《燃料电池技术》 电子工业出版社 2009.01 [4].巴戈茨基(Vladimir S.Bagotsky)、孙公权、王素力、姜鲁华《燃料电池:问题与对策》 人民邮电出版社

第二篇：燃料电池技术

燃料电池技术

发 展 动 态

北京天恒可持续发展研究所

2000年7月

目录

为开发生物质燃料电池，ERC在中国建立合资企业.........................................................................3 通用电气公司和PLUG POWER公司将提供住宅用燃料电池..........................................................3 燃料电池机车比传统电气化铁路的经济性更好吗？...........................................................................3 09/15/98Texaco公司说：“传统”石油公司将被淘汰。

休斯敦-据路透社报道，Texaco主席兼首席执行官Peter Bijur在出席在休斯敦召开的世界能源理事会第17次会议上发表这番评论说：“传统石油公司的日子已经屈指可数了，其中一个原因是诸如燃料电池的先进技术不断涌现。”“我相信我们正在与传统石油公司共度最后时光”，Bijur说。他认为当前石油工业面临的压力来自于新的运输技术，例如用燃料电池驱动运输车辆，而不再使用汽油，以及那些据Bijur预计“将对自然资源加强控制”的国家。他预测，未来的石油公司提供更多的专业技术，而不是在新地方开采石油。Bijur说：“一个石油公司的价值将不再是其储量的价值，而是其技术的价值。”

Energy Partners公司发布其第一个燃料电池组

Energy Partners公司最近向燃料电池研究开发市场介绍了其研制的NG2000型先进质子交换膜(PEM)燃料电池组，并向Virginia Tech公司提供了NG2000-20燃料电池组，这个电池组的功率为20千瓦，将安装在混合动力汽车(HEV)上。Energy Partners公司的质子交换膜燃料电池技术和Virginia Tech公司的混合动力汽车将参加1999年6月美国能源部的未来汽车的挑战展示会。该燃料电池公司还宣布将提供5千瓦、10千瓦和20千瓦的型号以满足燃料电池测试、开发和示范项目的需求。Energy Partners公司希望在明年早些时候推出新型的NG2000可变燃料电池组。(BUSINESS WIRE: 10/15)

Edison Technology Solutions对燃料电池与燃气轮机联合发电系统进行示范 洛杉矶-Edison Technology Solutions是Edison国际公司的一个下属单位，4 也是南加利福尼亚Edison公司的母公司。上个星期三，该公司宣布他们研究开发成功功率为250千瓦的联合发电站。公司说这个发电站将把燃料电池和燃气轮机结合在一起。这种发电站的成本比单纯的燃料电池系统低，而效率是单纯的微型燃气轮机的两倍。Edison Technology公司总裁Vikram Budhraja在说明中说：“最根本的改变在于发电过程，原有的规模效益被制造效益取代。”他还说，由于效率提高意味着燃料成本降低并能够防止价格波动，同时排放减少将减轻当地的关注程度，小规模的发电站将能够吸引大批的用户。该公司宣布第一个发电站由200千瓦增压固体氧气燃料电池和50千瓦使用天然气为燃料的燃气轮机组成，并将于1999年中期安装在加利福尼亚大学。(C)Reuters Limited 1998.东芝和UTC联合开发燃料电池技术

东芝公司将与美国的联合技术公司(UTC)合作开发用于电动汽车的小型燃料电池。这两个公司已经在美国建立了合资企业，并希望在2003年以前能够实现商业化。新公司为国际燃料电池公司，其90%的股份由飞机零部件制造商UTS掌握，其余部分由东芝公司掌握。两公司宣布这个建于康涅狄格州的合资企业在2000年以前将开发功率为50千瓦的小型节能燃料电池。东芝公司和UTC已经合作开发了用作工厂或办公楼发电机的200千瓦燃料电池。早时候的公司还为美国国家航空和宇宙航行局提供了航天飞机上使用的燃料电池。东芝公司说未来10年内燃料电池驱动汽车市场的年销售额预计将达到8,000亿日元(55亿美元)。据称，新型燃料电池的效率为汽油发动机的两倍。(ASIA PULSE: 8/2)

福特、Ballard和戴姆勒-奔驰成立新合资公司

福特、Ballard和戴姆勒-奔驰三家公司公布了其联合企业的新名称和标志，这个联合企业将为燃料电池汽车的汽车开发动力传动系统。去年4月，福特、Ballard动力系统和戴姆勒宣布建立全球联盟，旨在成为在全世界范围内领先的燃料电池驱动轿车、卡车和大客车的动力传动系统和配件的生产商，Ecostar是 5 那时建立的两个企业之一。新的合作企业将为电池驱动和混合动力汽车开发先进的电力驱动系统，以及非汽车方面应用，如固定式的发电站。公司宣布他们的目标是建立生产这些配件的基地并最终实现商业化生产。福特是Ecostar公司的主要持股人，而Ballard拥有21%的股份，戴姆勒-奔驰拥有17%。DDB燃料电池发电机GmbH公司是合资企业中的第二个，主要持股人是戴姆勒-奔驰公司，而Ballard和福特分别拥有27%和22%的股份。DDB公司负责开发燃料电池系统。福特、Ballard和戴姆勒-奔驰三家公司一共已经为联盟投资超过7亿美元，其中福特公司投入4.2亿美元的现金、技术和资产。该公司宣布其目标为在2004年之前使燃料电池动力系能够支持燃料电池汽车的商业化生产。(FORD RELEASE: 8/6)

壳牌公司计划开发氢技术

壳牌(英国)有限公司的主席兼首席执行官Chris Fay说，壳牌(英国)有限公司支持对氢作为运输燃料的开发，并已经决定投入资金对氢驱动汽车技术进行研究。Chris Fay 说：“壳牌公司已经与其它公司合作建立了专门研究氢生产和新型燃料电池技术的发展机会的氢经济研究小组。”他还说：“我们相信氢燃料电池驱动的汽车很可能会在2005年之前进入欧洲和美国的汽车市场”。“在壳牌公司，我们确信，氢与液化气类似，代表着明天的燃料。”德国宝马汽车公司也同意壳牌在支持氢作为替代推进系统的首选燃料的立场。宝马公司已经示范了一个自动化加注高度冷却液氢的加油站。ZEVCO 报纸评论说：“壳牌石油公司正在开始其应用于运输行业的氢气供应和销售的业务。”“这标志着氢不再仅仅是一种工业气体，也将成为(运输)燃料，而且随着生产成本降低，大规模生产也将呼之欲出。”(HART'S EUROPEAN FUELS NEWS: 8/5)

壳牌公司和戴姆勒-奔驰汽车公司联合研究氢驱动电动汽车

壳牌公司最近宣布将与戴姆勒-奔驰公司的一个子公司合作开发新一代氢燃料汽 6 车。壳牌公司希望利用DDB燃料电池发电机GmbH 中采用的燃料电池新技术把氢气转化为电能并用于未来的电动汽车中。这两个公司在声明中说：“结果将是汽车既具有燃料电池动力所带来的环保优势，又能够方便地在已有的加油站中添加燃料。”壳牌公司正在试验把DDB燃料电池与本公司的可以把液体燃料转化为富氢气体的催化剂部分氧化技术相结合。壳牌公司相信燃料电池可以象汽油和柴油一样驱动发动机，而且排放和噪音都很小。壳牌公司说：“戴姆勒-奔驰公司已经开发了使用车载氢气为燃料的汽车和使用在汽车内部甲醇转化的氢气为燃料的汽车。”(REUTERS: 8/17)

美国通用汽车公司与Ballard动力系统公司签订协议

作为正在进行的燃料电池驱动电动汽车的研究开发项目的一部分，通用汽车公司最近为Ballard动力系统公司提供了价值70万美元的协议。Ballard公司总裁Firoz Rasul 说：“Ballard公司珍视与通用汽车公司目前的关系，购买燃料电池测试设备和相关服务表明通用汽车公司对燃料电池汽车的一贯兴趣和贡献。”Ballard公司的燃料电池可以把天然气、甲醇或氢燃料在不经过燃烧的情况下转化为电能，在过程中不产生任何污染排放。(BALLARD RELEASE: 8/14)

电力公司建设欧洲第一座质子交换膜燃料电池发电站

四个德国电力公司和一个法国电力公司将于明年在德国柏林建设欧洲第一个质子交换膜燃料电池发电站。这座250千瓦的发电站将在1999年下半年安装，并预计在安装另一套热电联产设备后马上开始发电。发电站将由法国GEC Alsthom公司的德国子公司Alstom Energietechnik建设和安装，法国GEC Alsthom公司在今年早些时候与Ballard发电系统公司建立了伙伴关系。另外，汉堡的HEW公司，汉诺威的PreussenElektra公司，柏林的VEAG公司和Bewag公司，法国巴黎的Electricite公司也将参加这个项目。这个投资417万美元的项目将建在原东德所属柏林的Treptowq区的一个热力发电站旁边。根据HEW公司提供的信息，欧盟将负担项目总投资额的40%。Bewag公司说在欧洲其它 地区也将建设燃料电池发电站。这个公司说，五个电力公司将“鼓励在示范项目框架内的燃料电池开发”，在柏林的这个项目是多公司合作研究的第一个项目。(HYDROGEN & FUEL CELL LETTER: SEPTEMBER 1998)

NABI将引进燃料电池公共汽车

北美公共汽车工业(NABI)宣布其将在明年向公众展示新一代用先进材料建造并由天然气燃料电池驱动的轻型公共汽车。预计于明年5月在美国面世的燃料电池公共汽车将包括长度为40英尺的低顶公共汽车、45英尺长的长途汽车，和长度为30英尺的低顶混合动力公共汽车，这些型号都由使用压缩天然气为燃料的燃料电池来驱动。(NATURAL GAS FUELS: SEPTEMBER 1998)

燃料电池汽车－下一代 竞赛正在继续。全世界的汽车生产商都在开发无污染排放的新型发动机。燃料电池发动机技术看起来处于领先地位。美国通用汽车公司的全球替代推进中心主任Byron McCormick说：“在所有技术之中，燃料电池汽车看起来是最有发展前途的，很有可能成为下一代批量生产的汽车。”戴姆勒-奔驰汽车公司和通用汽车公司的燃料电池汽车都使用液体甲醇为燃料，把甲醇转化为氢气并通过燃料电池发电来驱动汽车。另外，两种汽车都有车载制氢设备和电池。丰田汽车公司及其竞争对手本田汽车公司都计划在2003年之前把燃料电池汽车投放市场。汽车生产商一致认为氢燃料电池汽车的性能与传统汽车近似，但是效率更高，而且没有污染排放。但是，燃料电池的成功将取决于其成本。戴姆勒-奔驰汽车公司的发言人说：“我们的目标是在2004年能够把成本可以与柴油机汽车相竞争的燃料电池汽车商业化。我们发现消费者不愿意为环保原因而支付额外费用，他们的决定取决于成本。”(REUTERS: 9/17)

日本公司开发燃料电池汽车

利于环保的先进技术汽车的未来应该包括燃料电池，尤其是当燃料电池变得更小、效率更高时。世界上的汽车制造商准备最早在2004年推出燃料电池汽车，8 日本Asahi 化学工业公司和日产汽车公司取得的技术进步将使燃料电池汽车成为现实。燃料电池汽车技术所面临的挑战包括尺寸和效率。一般来说，当燃料电池的尺寸缩小到适合于汽车时，其动力输出只有汽油发动机的一半。Asahi化学工业公司与Dow化学公司合作，已经开发出一种方法能够把燃料电池的单位体积发电功率提高一倍。这种技术利用了改进的电极材料，而且对单个电池的测试表明一个小的电池组可以提供与传统汽油发动机相等的动力。日产汽车公司开发了一种当置于电极之间可以加快燃料电池内化学反应的特殊聚合膜。这种膜几乎可以把氢离子的运动速度提高一倍，这样就可以把燃料电池的总体尺寸降低，而又不牺牲动力输出。另外，Asahi化学工业公司与Noguchi研究所合作已经发现了解决一氧化碳杂质问题的办法，即使一氧化碳的浓度只有100ppm，燃料电池动力输出也会降低一半。公司已经开发成功了可以把用于发电的氢气中一氧化碳杂质完全消除的特殊催化剂。(ASIA PULSE: 9/24)

Medis El公司将获得燃料电池技术

Medis El有限公司最近宣布其子公司将从两个以色列科学家那里获得极其先进的用于移动电话、传呼设备和计算机、并最终能够应用于汽车的燃料电池技术。如果一切顺利，这两个发明家及其助手将获得Medis El有限公司这家子公司的30%股份。发明者之一，Mikhael Khidekel在前苏联开发并生产了高导电性聚合体(HECP)。他还开发了一种新型的据称延展性极好的高导电性聚合体,使用这种材料可以降低燃料电池中电极设计和生产的重量和体积。Medis El公司说，另一个发明者Gannady Finkelstein开发了可以大幅度降低铂涂层材料但又能够保持高质量的燃料电池电极电镀过程。公司表示要采用其在以色列航空工业(IAI)开发的航天密封技术方面的科学知识来解决燃料电池泄漏的问题。燃料电池将在Medis El公司的主要持股人以色列航空工业拥有的工厂进行开发。Medis El公司主席Robert Lifton说：“为开发应用于电动汽车、家庭和其它用途的燃料电池已经投入了上亿美元，我们相信Khidekel教授和Finkelstein工程师开发的高导电性聚合体和先进的电镀技术加上Medis El公司的自身能力将有助 于燃料电池在所有这些方面应用的发展。” 联系人: Robert Lifton, Medis El, 电话：212-935-8484.(MEDIS EL RELEASE: 9/28)

APCI公司和HCI公司开发氢气加油站

气体产品和化学有限公司(APCI)与氢气开发有限公司(HCI)合作，为芝加哥的燃料电池公共汽车示范项目设计并建设了氢气加油站。这个燃料添加系统包括接收、储存、压缩和气化液氢的燃料准备系统和用于向公共汽车上的合成燃料箱添加气体氢气的传递系统。为尽可能地降低泄漏，在可能的情况下使用焊管系统取代螺纹连接系统。操作人员选择尽可能高的加注压力，而且加注系统要确保不能够超过燃料箱的压力和温度限制。这种系统还具有许多自动的超压关闭开关和减压阀门。为确保公共汽车不发生移动，轮胎要固定在凹槽中，而且司机必须拉紧汽车的手刹车。如果其它系统不能够保持汽车固定，脱逃双重关闭装置可以作为一种安全措施。到目前为止，加油站在示范期间运行良好。项目中的所有三辆公共汽车都可以在15分钟内完成燃料添加。联系人: APCI, 电话：610-481-8336.(THE CLEAN FUELS REPORT: SEPTEMBER 1998)

通用汽车公司向公众展示燃料电池驱动的面包车

通用汽车公司在上周的巴黎汽车展上展示了燃料电池版的Zafira面包车，这表明其已经进入了燃料电池载客汽车市场。致力于燃料电池技术商业化的独立非盈利组织Fuel Cells 2000的执行主任Bob Rose说：“我们为通用汽车公司的最新成果向他们表示祝贺。”通用汽车公司已经在燃料电池用于运输用途进行了几十年的工作。但是Zafira面包车使这一概念成为入门关注的焦点。这辆由通用汽车公司在欧洲的子公司欧宝公司生产的面包车由以甲醇转化的氢气为燃料的50千瓦质子交换膜燃料电池驱动。通用汽车公司称这辆车“几乎完全不排放氮氧化物，二氧化碳排放量只相当于汽油发动机的一半”。而且，通用公司还称这辆燃料电池汽车的驾驶范围与常规汽车相似。Rose说：“在燃料电池汽车尚处于发展阶段时，通用汽车公司加入到载客汽车竞赛令人兴奋，而且意义重大，也使人确信燃料电池汽车是下一代汽车的有力竞争者。”通用汽车公司称，他们计划在2004年前完成可以商业化的燃料电池汽车。联系人：Fuel Cells 2000, 电话：202-785-9620，传

真

：

202-785-9529，网

址

：

http://www.xiexiebang.com.(FUEL CELLS 2000 RELEASE: 10/1)

丰田汽车公司和戴姆勒-奔驰汽车公司讨论环境问题

据来自东京的消息，日本丰田汽车公司和德国戴姆勒-奔驰汽车公司将就合作开发下一代有利于环保的汽车和零配件回收技术进行谈判。这将是丰田公司和戴姆勒-奔驰公司首次建立这种关系。自8月份来说，两家汽车公司已经在德国和日本进行了工作级会谈。根据日本的消息，两家公司在环境问题将是引导未来全球汽车市场的决定因素方面持有一致意见。预计这项运动将有助于为汽车生产建立与环境相关的技术的全球标准。两家公司研究了让通用汽车公司加入协议的计划。通用汽车公司和丰田汽车公司已经联合开发了电动汽车的电池充电装置。但是有消息称，通用公司加入改协议的计划已经被取消了。丰田公司已经开始批量生产利于环保的混合动力电动汽车和低排放直燃汽油发动机。戴姆勒-奔驰公司正在与福特汽车公司联合开发下一代燃料电池电动汽车，这将使戴姆勒-奔驰公司与丰田公司进行直接竞争。(KYODO: 10/8)

H Power公司从NIST获得316万美元资金

H Power公司最近宣布其从商业部下属的国家标准和技术研究所(NIST)获得316万美元资金，用于H Power公司及其合资伙伴Epyx/Arthur D.Little 有限公司进行的以丙烷为燃料的燃料电池动力系统项目。H Power公司首席执行官H.Frank Gibbard说：“我们非常高兴国家标准和技术研究所能够认识到我们的建议可以应用于很多用途，并作出回应。” “在国家标准和技术研究所的先进技术计划下，H Power公司和Epyx/Arthur D.Little 有限公司将开发以廉价并容易获得的丙烷为燃料驱动燃料电池的技术。这项技术将使燃料电池在通讯后备电源方面及其它工业或生活用途完全实现商业化。”为替代通讯应用中的充电电池和其它动力来源，H Power公司要制造尺寸与谷物箱相近的燃料电池，重量仅14磅。以丙烷为燃料的燃料电池的使用寿命预计是相同重量的电池的4倍。公司希望燃料电池在通讯行业中的成功可以带动燃料电池在其它方面的应用，包括紧急动力设备、小型海陆车辆推进系统和手提式发电机。(H POWER RELEASE: 11 10/8)

通用汽车公司可以使用卡迪拉克汽车作为燃料电池平台

通用汽车公司最近宣布其正计划使用其豪华汽车－卡迪拉克牌轿车来开发技术先进而且有利于环保的动力系统。燃料电池驱动的发动机是被考虑的先进技术之一。公司希望卡迪拉克可以率先成为环保型汽车。通用公司称其正在向对成本不很关心的消费者介绍可以降低对汽油的依赖程度的高技术发动机。通用公司认为卡迪拉克汽车的购买者与通用公司其它品牌汽车的购买者相比，对价格比较不敏感。另外，公司相信卡迪拉克汽车的购买者将愿意为成为第一批使用不对环境产生危害的先进技术而支付稍多的费用。燃料电池把氢气转化为电能来驱动汽车，而水蒸汽是唯一的副产品。(EV WORLD: 10/14)

日本日产汽车公司计划在2005年以前实现燃料电池汽车商业化

日产汽车公司最近宣布其计划在2003年到2005年间开始销售以甲醇为燃料的小型燃料电池驱动的汽车。燃料电池由加拿大的Ballard动力系统公司开发。(ASIA PULSE: 9/2)

伦敦展示新型燃料电池出租汽车

Zevco公司制造的氢燃料出租汽车采用了Zevco公司的子公司Elenco公司为有人驾驶太空应用开发的技术。原型车由通过混合空气中的氧气和车载压缩燃料箱中的氢气来工作的燃料电池来驱动。(FINANCIAL TIMES: 7/30)12

第三篇：微生物燃料电池讲稿

大家好，大家一想到细菌可能会觉得不舒服，但是随着生物技术的发展表明，这些小家伙对我们是分外友好的，比如我今天展示的主题是关于微生物发电方面，即利用微生物将有机物中的化学燃料能直接转化成电能。大量研究证明，微生物发电是很有潜力的。

这是我今天展示的四个部分，首先是细菌发电的技术原理，（以电池为例）

一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

与其他类型燃料电池类似，微生物燃料电池的基本结构为阴极池和阳极池。根据阴极池结构的不同，MFC 可分为单池型和双池型2 类;根据电池中是否使用质子交换膜,也可分为有膜型和无膜型2 类;根据电子传递方式的不同，又可分为直接型和间接型2 类。（其中单池型MFC 由于其阴极氧化剂直接为空气，因而无需盛装溶液的容器;无膜型燃料电池则是利用阴极材料具有部分防空气渗透的作用而省略了质子交换膜。直接型MFC 采用的产电细菌具有将氧化产生的电子传递到阳极的能力。）

这张图是传统微生物燃料电池的结构图，这一张图上大家可以看到细菌在这个流程中的作用。

但是细菌并不是只有靠着电极才可以发电，但是科学家发现有些可以产生电流的细胞如地杆菌在细胞外长有长长的、纤细的丝。试验证明细菌的这些细长的丝是它们纯天然的“电线”，实现细菌远距离发电。

常见产生电流的菌种：希瓦氏菌，铁还原红育菌，硫还原泥土杆菌

这种电池的原料广泛，可以是糖类，包括葡萄糖以及果糖、蔗糖，甚至从木头和稻草中提取出来的含糖副产品的木糖等，都可以充当细菌发电的原料。细菌发电所用的糖完全可以用诸如锯末、桔秆、落叶等废有机物的水解物来替代，也可以利用分解化学工业废物如无用聚合物来发电。

重金属，利用重金属做为原料，是指利用一种能去除地下铀污染物的细菌来发电。科学家们破解了这种能吞噬金属的地下细菌的基因图谱，称它有100多个基因能够使金属发生化学变化，使之产生电能。这种地下细菌的基因组中有100个或更多的基因，能编码不同的C型细胞色素，还具有能来回移动电子的蛋白质。这种细菌能在深层地下水中产生电能，这比先前预计的清洁环境的用处更大。

有机污水，利用生活污水发电设备也可以发电，它是利用在淡水池塘中常见的一种细菌来连续发电的。这种细菌不仅能分解有机污染物，而且还能抵抗多种恶劣环境。节省能源，有利环保。科学家说，利用这种污水发电机，将会有那么一天，能使从马桶冲下去的秽物成为家中照明用电的来源。

啤酒废料，在中国和泰国曾经有过把稻谷和甘蔗的废料制造成能源的案例。同样的程序或许可以用于开发酿酒的废料，而且制造的能源还能用于酿酒。酿造啤酒消耗的能源很多，先要用热水和蒸气煮原料，然后用电使其冷却。湿谷物和废水倒入酵桶中，发酵桶装了可以分解有机化合物的细菌，这样就可以制造沼气，然后把发酵桶中产生的沼气和干煤泥用于烧水和生产高压力的蒸气，而这又能推动涡轮发电。

接下来是发展历史，1786年，意大利医生及物理学家伽凡尼在青蛙腿上发现了“动物电” , 从而把电与代谢过程联系了起来。

1910年英国植物学家马克•皮特首先发现有几种细菌的培养液能够产生电流。于是他以铂作电极，放进大肠杆菌或普通酵母菌的培养液里，成功地制造出世界上第一个细菌电池。波特尔直觉地认识到, 这种微生物燃料电池的电子是由微生物的食物降解产生的。他无法用当时仅仅属于想象的代谢过程的生化原理来解释他的实验结果。但当时的科学界并没有因此而畏缩不前。后来, 微生物学家和酶学象南明了细菌中的酶是如何氧化其食物的。那时波特尔的微生物燃料电池己基本被遗忘了。

1913年，剑桥大学的柯恩复活了波特尔的思想。他记述了微生物燃料电池的电池组产生3 5伏以上电压的情况。

本世纪六十年代，美国国象航空和航天管理局曾支持许多生物电的研究计划, 如把有机垃圾转化为电流的方法。

直到宇航世纪的来临和出现一石油圆乏, 才重新引起对这一课题的注意。1984年，美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池，其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。不过，那时的细菌电池放电效率较低。

2002年后，随着直接将电子传递给固体电子受体的菌种的发现，人们发明了无需使用电子传递中间体的微生物电池，其中所使用的菌种可以将电子直接传递给电极。

MFC技术的应用前景正在不断拓展中。例如，将MFC阳极插入海底(河底、湖底)沉积物中,阴极置于临近海水中，则可收集到天然的、由微生物代谢产生的海底电流,这可为各类海洋监测仪器提供电源.此外，MFC技术还可用于生物修复,例如在有高浓度有机物污染的地点(如石油污染),可置入MFC阳极完成对有机物的氧化。

应用领域，替代能源，随着工业经济的发展、人口的剧增、人类欲望的无限上升和对自然资源无节制地大规模开采，全球能源消费急剧增加。这不仅使世界能源供应面临严重危机，而且二氧化碳的过度排放导致全球气候变暖，对人类社会的可持续发展构成严峻挑战。微生物发电细菌工艺也会产生二氧化碳等对空气造成污染的物质，但与使用矿物燃料所排出的废气相比，它对全球变暖的危害要低得多，在某种程度上可以是被称作清洁能源的。而且在死海和大盐湖里找到一种嗜盐杆菌，它们含有一种紫色素，在把所接受的大约10%的阳光转化成化学物质时，即可产生电荷。科学家们利用它们制造出一个小型实验性太阳能细菌电池，结果证明是可以用嗜盐性细菌来发电的，用盐代替糖，其成本就大大降低了。由此可见，让细菌为人类供电已不是遥远的设想，而是不久的现实。

污水处理，以有机污水为燃料、回收利用污水中有机质的化学能-一直是MFC 研究中的主要目的,但在研究中,对于MFC处理后污水水质的监测结果使研究人员对以MFC 工作原理为基础，开发新的污水处理工艺产生了浓厚兴趣。2004 年，研究发现，直接用以空气为阴极的MFC处理生活污水，COD 去除率达到80%。值得注意的是,MFC 在厌氧降解有机物的同时，污水PH 保持中性，且溶液中没有常规厌氧环境发酵产生的CH4和H2等。因此，MFC 可以作为污水的常规处理手段，去除率可以达到与一般厌氧过程同样的效果，但MFC 不会使污水水质发生酸化，也不会产生具有爆炸性的危险气体，因此具有很好的开发前景。

微生物传感器，BODS被广泛用于评价污水中可生化降解的有机物含量，但由于传统的BOD测定方法需要5天的时间，因此,出现了大量关于BOD 传感器的研究,以MFC 工作原理为基础的BOD传感器的研究也是研究人员关注的焦点。利用MFC 工作原理开发新型BOD传感器的关键在于:1电池产生的电流或电荷与污染物的浓度之间呈良好的线性关系;2电池电流对污水浓度的响应速度较快;3有较好的重复性。

恶劣环境能量供应，细菌发电也可用于其他环境条件下，比如在充电条件困难以及成本高的情况下。使用这项技术为监视过往船只及潜艇的水下扩音器和声呐提供动力。通过这项技术，动物粪便或污水等含有碳水化合物的废物，都能为电冰箱和炉子提供电力，可以为生活在偏远地区的人带来帮助。

航天领域，飞向宇宙是技术发展方向的必然方向，宇宙是人类未来的主要资源来源。目前载人飞船上天，宇航员在太空飞行中的排泄物要被带回地球。如果有朝一日人类能踏上火星，那么往返火星与地球之间就需要四年的时间。粗略估算，在此期间，6名宇航员将会“制造”出6吨多的排泄物垃圾。这些废物垃圾该如何处置呢？日前科学家正在研究出利用“泥菌”属微生物将这些太空垃圾变废为宝。即让“泥菌”属微生物“吃下”人类的排泄物，产出来电能。

最后就是科学家们对这种技术的展望了，实现微生物的大规模发电，应对能源危机，也可以降低国家对产油国的依赖。食物喂养机器人，可以最大限度的放开机器人的自主权，未来的微型机器人行星探险家将采用有效而可靠的微生物燃料电池，无需科学家进行干预。

飞向太空，可以实现宇宙飞船就地取材，实现太空中能源自给自足。不过微生物燃料电池是一项新兴技术，没有大规模应用，还需要很长一段时间才能走向成熟。

第四篇：钨电极行业浅析

钨电极具体起源于哪里，我就不多说了，因为这个我也不知道，但是，我知道，现在很多工业流程中已经少不了这一焊接器材。

钨电极种类很多，不过目前市面上及使用中，钍钨电极和铈钨电极还是使用最多的，原因无他，红头钍钨虽然有少量的放射性污染，但是现在的国民经过三聚氰胺啊有毒胶囊啊明胶啊地沟油啊什么的早已练就百毒不侵，区区一点放射性污染当然是毛毛雨啦，据我所知，目前国内钨电极生产商在发货时基本会将放射性污染考虑在内，但是对经销商却没有起到有效的引导作用，反而是前一阵红头钍钨的原料之一“硝酸土”产能跟不上，导致钍钨出货量大幅下降，但是价格却一路高涨，而且就算是产能恢复了以后，上游原材料供货商依然控制价格，导致钍钨的价格下降的很慢。

钨电极作为工业焊业焊接器材中的一种，其实地位是很尴尬的，说他是焊材吧，有人还说这个属于电工电气，说他是电工电气类别的，它还确实有焊接的作用。这种焊材在焊接时不燃烧不熔化却有烧损，总的来说，也属于耗材的一种。

中国的钨极生厂商群体不算很大，却供应着世界上很多国家的正常使用，而且，这个东西虽然看似神秘，进入门栏却也很低，买些设备就可以投入生产，因此一些急于发财的人陆续进入这个行业，挣钱没有错，但是这些人却是以挣钱为目的，不管产品质量优劣，一味以价格取胜，使得整体行业水平参次不齐，经销商卖这个，却也不是每个人都备着一台钨极无损探伤仪，谁给的供货价格低谁就是有奶的娘，一切向钱看，殊不知，这样也是害了自己。

相对于国内的经销商来说，国外来的客户就要文明有素养的多，不是我崇洋媚外，在很多方面，我们确实是远远不如人家的，同样的产品，供给国外客户的货就要好的多。以前总说中国人卖东西，一等品卖欧美和日本，二等品卖印度等周边国家，三等品卖自己，这是为什么，是因为我们自身对于产品的质量检验标准放的很低。中国人愿意吃地沟油吗?都知道地沟油怎么做出来的，可是谁愿意吃那些动物腐烂的肝脏熬出来的油呢，但是这时候就有一匹专家跳出来说了，目前还没有有效的手段检测地沟油和正常的食用油的区别，这说明了什么呢？是说专家收了钱了还是水平不够高，还是我们平常吃的食用油其实也是地沟油呢？这个道理拿到钨极上来也是可以用的，中国已经是世界工厂，既然是世界工厂，出货当然是走量的，走量的货理所当然质量不用像“范思哲”一样追求高质量的仅此一件了，因为，供给国内的货，除非经销商特殊要求，一般是发三等品的，就算是经销商的特殊要求，他也是拿来做出口的。

我在百度搜了搜，所有关于钨电极行业的文章都是技术文章，纸上谈兵而已，能不能用的上还两说，工业制品是冷冰冰的，却不代表整个行业也是死气沉沉的，在这个行业中，有一个生厂商很特别，不是我偏爱，淄博迈科焊接器材有限公司确实会让你刮目相看，这个生产商很年轻，充满了青春的朝气，年轻的团队，年轻的领导者，创新的思维，却又有过硬的质量。今年，年轻的迈科还搞了一个“迈科质量年”，号称要与行业内任何一家企业比质量，这确实很振奋人心，也许有一天，这个年轻却又蓬勃发展的企业会实现他们的口号：为全球钨电极领域提供最有价值的产品和服务，致力于提升行业高度，推动工业文明进步。

原创文章，请勿转载。

第五篇：燃料电池材料及其储能技术

燃料电池材料及其储能技术

姓名：李浩杰

学号：2014050101018

摘要：出于对环境友好、高转换效率、高功率、高能量密度的能源技术的需求，世界各国纷纷开展对于性能优良的燃料电池的研究。其研究重点主要集中在四个方面：电解质膜、电极、燃料、系统结构。其中又以前三个为热点。目前，由于在燃料大规模制备上的困难以及其在工作时需要的一些昂贵的贵金属，燃料电池大规模商业应用受到一定限制。关键字：燃料电池、电解质膜、储能

一、燃料电池原理

燃料电池是一种使用燃料进行化学反应产生电能的装臵。所用的燃料主要包括氢气、甲醇、乙醇、天然气、汽油以及一些含氢有机物。氢气可以直接作为燃料电池的燃料，其他气体一般需要处理为含氢气的重整气。由于其燃料来源广泛，发电后产生纯水和热，能量转换效率高达80%~90%，对环境无污染，所以广泛受到各国科学家的关注，被认为是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。

燃料电池的工作原理图如上所示。在阳极，氢气与碱中氢氧根的在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子：

电子通过外电路到达阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应：

生成的氢氧根通过多孔石棉膜迁移到氢电极。

为保持电池连续工作，除需与电池消耗氢气、氧气等速地供应氢气和氧气外，还需连续、等速地从阳极（氢电极）排出电池反应生成的水，以维持电解液浓度的恒定；排除电池反应的废热以维持电池工作温度的恒定。

容易看出，与其他电池相比，燃料电池内部并不储能，它只是高效地将从外部源源不断通入的燃料转换成电能，所以，它更像是一个微型的发电站。

二、燃料电池发展历程

1、国外

1839年，格罗夫发表世界上第一篇关于燃料电池的报告。初期的燃料电池使用气体为氧化剂和燃料，但因为气体在电解质溶液中溶解度很小，导致电池的工作电流密度极低。后来，多孔气体扩散电极和电化学反应三相界面概念的提出以及实际材料的突破，使燃料电池具备了走向实用化的必备条件。

60年代，由于载人航天器对于大功率、高比功率与高比能量电池的迫切需求，燃料电池开始引起一些国家与军工部门的高度重视。其典型成果为阿波罗登月飞船上的主电源—培根型中温氢氧燃料电池。

70~80 年代，由于出现世界性的能源危机和燃料电池在航天上成功应用及其高的能量转化效率，促使世界上以美国为首的发达国家大力支持民用燃料电池的开发，进而使磷酸型及熔融碳酸盐型燃料电池发展到兆瓦级试验电站的阶段。

20世纪90年代以来，出于可持续发展、保护地球、造福子孙后代等目的，基于质子交换膜的燃料电池开始高度发展。特别是在电动车行业，世界上所有的大汽车公司与石油公司均已介入燃料电池汽车的开发。

总的来说，燃料电池主要经历了经历了第1代碱性燃料电池（AFC），第2代磷酸燃料电池（PAFC），第3代熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）后，在20世纪80年代迅速发展起了新型固体氧化物燃料电池(SOFC)。

2、国内

中国燃料电池的研究始于1958年。

1970年前后,开始了燃料电池产品开发工作并在70年代形成了燃料电池产品的研制高潮。主要开发项目是由国家投资的航天用碱性氢氧燃料电池,该产品的研制目标是为了配合中国航天技术发展计划的一个项目。

到70年代末,由于总体计划的变更而中止。但与该项计划实施的同时,一些由地方政府投资与使用部门合作的应用碱性燃料电池项目也进行了开发，只是尚未形成应用。

80年代初、中期,中国燃料电池的研究及开发工作处于低潮。

进入90年代以来,在国外先进国家燃料电池技术取得巨大进展,一些产品已进入准商品化阶段的形势影响下,中国又一次掀起了燃料电池研究开发热潮。

三、几种燃料电池简介

1、分类

（1）按燃料电池的运行机理可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，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。在燃料电池中，磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池可以冷起动和快起动，可以作为移动电源，满足特殊情况的使用要求，更加具有竞争力。

（3）按燃料类型分，有氢气、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然气等气体燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有机液体燃料。有机液体燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。（4）按燃料电池工作温度分，有低温型，工作温度低于200℃；中温型，工作温度为200～750℃；高温型，工作温度高于750℃。

上图为几种常见燃料电池各种性能，应用环境的简单对比，现主要以电解质分类形式介绍几种常见的燃料电池。

2、质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池是最接近商业化的一种燃料电池，最有希望作为未来电动汽车的发动机。在各种燃料电池中，它的工作温度是最低的，也是目前发展规模最大的一种。

上图为典型的单结质子交换膜燃料电池结构。由质子交换膜、催化层、气体扩散层、密封圈、双极板等关键部件组成。通常以全氟磺酸型质子交换膜为电解质膜，用Pt/C或者PtRu/C作为催化剂。以阴阳极催化剂层和电解质膜所组成的三合一组件统称为膜电极，是 它的核心部件。

实际应用的燃料电池电站是一个很复杂的系统，它包括燃料供应、氧化剂供应、电池反应、水热管理等多个子系统。

它的工作原理是是氢气和氧化剂分别由燃料电池的阳极和阴极流道进入电池内部，经过气体扩散层后到达电极催化层。阳极侧的氢气在催化剂的作用下，解离成氢离子和电子，氢离子穿过质子交换膜到达阴极侧，电子则经过外电路形成电流后到达阴极；在阴极催化剂的作用下，氧气接受质子和电子生成水分子，在整个过程中，外电路的电子流动形成电流。

目前限制质子交换膜燃料电池进入商业化的最主要原因是成本和寿命两大问题，寻找和开发新型材料成为解决这两大问题、推进商业化进程的必然选择，也是质子交换膜燃料电池近些年来的研究重点和热点。

3、熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）在高温下工作（约 650℃），可以利用排气余热和燃气轮机混合发电，发电效率通常高达50%以上，,可用多种燃料(如天然气和煤)，不需要用铂等贵重金属作为催化剂，有望应用到中心电站，工业化或商业化联合发电，是目前燃料电池研究的主流之一，上图为平板式熔融碳酸盐燃料电池单体结构示意。它由电极-电解质、燃料流通道、氧化剂流通道和上下隔板组成。目前,MCFC的主要技术问题已经基本解决。美国、日本等正在进行十万瓦和兆瓦级的实用演示试验,预计距商业化为期不远。

4、固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池是20世纪八九十年代燃料电池研究的成果，该燃料电池具有诸多优点。比如避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电解质流失等问题，反应迅速，无须贵金属催化剂，能量利用率高达80%以上，燃料广泛，可以承受较高浓度的硫化物和CO的毒害，因此对电极的要求大大降低。基于此，目前世界各国都在积极投入SOFC技术的研发。

上图为固体氧化物燃料电池的工作原理图。它主要由阴极、阳极、电解质和连接材料组 成。在阳极和阴极分别送入还原、氧化气体后，氧气在多孔的阴极上发生还原反应，生成氧负离子。氧负离子在电解质中通过氧离子空位和氧离子之间的换位跃迁达到阳极，然后与燃料反应，生成水和二氧化碳，因而形成了带电离子的定向流动。

四、燃料电池的应用

1、航天领域

早在上个世纪60年代，燃料电池就成功地应用于航天技术，这种轻质、高效的动力源一直是美国航天技术的首选。比如，以燃料电池为动力的 Gemini宇宙飞船1965年研制成功，采用的是聚苯乙烯磺酸膜，完成了8天的飞行。后来在Apollo宇宙飞船采用了碱性电解质燃料电池，从此开启了燃料电池航天应用的新纪元。

中国科学院大连化学物理研究所早在70年代就成功研制了以航天应用为背景的碱性燃料电池系统。A型额定功率为 500 W，B型额定功率为 300 W，燃料分别采用氢气和肼在线分解氢，整个系统均经过环境模拟实验，接近实际应用。这一航天用燃料电池研制成果为我国此后燃料电池在航天领域应用奠定了一定的技术基础。

2、潜艇

燃料电池作为潜艇AIP动力源，从2002年第一艘燃料电池AIP潜艇下水至今已经有6艘在役。FC-AIP 潜艇具有续航时间长、安静、隐蔽性好等优点，通常柴油机驱动的潜艇水下一次潜航时间仅为 2天，而FC-AIP潜艇一次潜航时间可达3周。

3、电动汽车

随着汽车保有量的增加，传统燃油内燃机汽车造成的环境污染日益加剧，同时，也面临着对石油的依存度日益增加的严重问题．燃料电池作为汽车动力源是解决因汽车而产生的环境、能源问题的可行方案之一。燃料电池汽车示范在国内外不断兴起，较著名的是欧洲城市清洁交通示范项目。

4、固定式分散电站

污染重、能效低一直是困扰火力发电的核心问题，燃料电池作为低碳、减排的清洁发电技术，受到国内外的普遍重视。比如PAFC电站的代表性开发商UTC Power 公司已经开发出了400 k W 磷酸燃料电池发电系统；PEMFC电站的代表性开发商Ballard 公司开发出了 250 k W ～ 1 MW的示范电站。