工業(yè)催化課題燃料電池的應(yīng)用

燃料電池及其催化作用FuelCellandCatalysis電池的分類指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置干電池(Battery)指將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，并且放電后，能夠用充電的方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生--把電能儲(chǔ)存為化學(xué)能;需要放電時(shí)再次把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能蓄電池(StorageBattery)指利用兩個(gè)電極的電極電勢(shì)的不同，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使電子流動(dòng)，產(chǎn)生電流。又稱非蓄電池，是電化學(xué)電池的一種。其電化學(xué)反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)原電池（Galvaniccell）燃料電池(FuelCell)

燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被生產(chǎn)出來(lái)?；驹?、氫氣在陽(yáng)極催化劑的作用下，發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)2、氫離子穿過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極，電子則通過(guò)外電路及負(fù)載也達(dá)到陰極，在陰極催化劑的作用下生成水3、伴隨著電池反應(yīng)，電池向外輸出電能。只要保持氫氣和氧氣的供給，該燃料電池就會(huì)連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能。燃料現(xiàn)狀能源安全性1國(guó)防安全性2高可靠度供電3燃料多樣性4高效能5環(huán)境親和性6燃料電池的特點(diǎn)能源安全性1自1970年代的石油危機(jī)后，各大工業(yè)國(guó)對(duì)石油的依賴仍有增無(wú)減，而且主要靠石油輸出國(guó)的供應(yīng)。美國(guó)載客車輛每日可消耗約600萬(wàn)桶油，占油料進(jìn)口量之85%。若有20%的車輛采用燃料電池來(lái)驅(qū)動(dòng)，每日便可省下120萬(wàn)桶油。燃料電池發(fā)電設(shè)備具有散布性的特質(zhì)，它可讓地區(qū)擺脫中央發(fā)電站式的電力輸配架構(gòu)。長(zhǎng)距離、高電壓的輸電網(wǎng)絡(luò)易成為軍事行動(dòng)的攻擊目標(biāo)。燃料電池設(shè)備可采集中也可采分散性配置，進(jìn)而降低了敵人欲癱瘓國(guó)家供電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)防安全性2高可靠度供電3燃料電池可架構(gòu)于輸配電網(wǎng)絡(luò)之上作為備援電力，也可獨(dú)立于電力網(wǎng)之外。在特殊的場(chǎng)合下，模塊化的設(shè)置(串聯(lián)安裝幾個(gè)完全相同的電池組系統(tǒng)以達(dá)到所需的電力)可提供極高的穩(wěn)定性。燃料多樣性4現(xiàn)代種類繁多的電池中，雖然仍以氫氣為主要燃料，但配備「燃料轉(zhuǎn)化器(或譯重組器，fuelreformer)」的電池系統(tǒng)可以從碳?xì)浠衔锘虼碱惾剂现休腿〕鰵湓貋?lái)利用。此外如垃圾掩埋場(chǎng)、廢水處理場(chǎng)中厭氧微生物分解產(chǎn)生的沼氣也是燃料的一大來(lái)源。高效能5由于燃料電池的原理系經(jīng)由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，而非產(chǎn)生大量廢氣與廢熱的燃燒作用，現(xiàn)今利用碳?xì)淙剂系陌l(fā)電系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)40~50%；直接使用氫氣的系統(tǒng)效率更可超過(guò)50%；發(fā)電設(shè)施若與燃?xì)鉁u輪機(jī)并用，則整體效率可超過(guò)60%；若再將電池排放的廢熱加以回收利用，則燃料能量的利用率可超過(guò)85%。環(huán)境親和性6科學(xué)家們已認(rèn)定空氣污染是造成心血管疾病、氣喘及癌癥的元兇之一。最近的健康研究顯示，市區(qū)污染性的空氣對(duì)健康的威脅如同吸入二手煙。燃料電池運(yùn)用能源的方式大幅優(yōu)于燃油動(dòng)力機(jī)排放大量危害性廢氣的方案，其排放物大部份是水份。某些燃料電池雖亦排放二氧化碳，但其含量遠(yuǎn)低于汽油之排放量(約其1/6)。燃料電池的分類

1、按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分。分為酸性燃料電池和堿性燃料電池

2.按電解質(zhì)的種類不同，有酸性、堿性、熔融鹽類或固體電解質(zhì)

2.1堿性燃料電池（AFC）、

2.2質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）

2.3磷酸燃料電池（PAFC）、

2.4熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、

2.5固體氧化物燃料電池（SOFC）、

3.按燃料類型分。

3.1氫燃料電池

3.2甲烷燃料電池

3.3甲醇燃料電池

3.4乙醇燃料電池

燃料電池的劣勢(shì)價(jià)格和技術(shù)上存在的瓶頸1、燃料電池造價(jià)偏高2、燃料電池的啟動(dòng)速度尚不及內(nèi)燃機(jī)引擎3、碳?xì)淙剂蠠o(wú)法直接利用4、氫氣儲(chǔ)存技術(shù)5、氫燃料基礎(chǔ)建設(shè)不足燃料電池中的催化作用燃料電池中的電催化作用是用來(lái)加速燃料電池化學(xué)反應(yīng)中電荷轉(zhuǎn)移的一種作用，一般發(fā)生在電極與電解質(zhì)的分界面上。催化劑是一類可產(chǎn)生電催化作用的物質(zhì)。電催化劑可以分別用于催化陽(yáng)極和陰極反應(yīng)。這種分離的催化特征，使得人們可以更好地優(yōu)選不同的催化劑。燃料電池中的電催化所謂電催化，是指在電場(chǎng)存在于溶液相或電極表面修飾時(shí)可以促進(jìn)或抑制電極上的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，并在電極表面或溶液相中不會(huì)發(fā)生在本質(zhì)變化的一類化學(xué)現(xiàn)象。電催化反應(yīng)速度不僅受催化劑活性的影響，也可在電場(chǎng)和在電解質(zhì)的條件下發(fā)生變化。由于高電場(chǎng)強(qiáng)度，分子或具有顯著的活動(dòng)作用，離子成為電化學(xué)反應(yīng)的參與者，使得反應(yīng)所需的活化能大大降低，從而使電化學(xué)反應(yīng)能在通常比溫度低得多的環(huán)境下繼續(xù)。在電催化反應(yīng)中，由于工作時(shí)電極反應(yīng)沒(méi)有發(fā)生，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能