氫能與燃料電池

可再生能源概論姓名：魏娜學(xué)號：20090120124專業(yè)：建筑環(huán)境與設(shè)備工程班級：1班摘要：科學(xué)家們預(yù)測,氫能和電能將成為未來能源體系的兩大支柱，21世紀(jì)中期以后將是氫經(jīng)濟(jì)時代。氫能作為一種潔凈的可再生能源，同時又具有可儲可輸?shù)锰攸c，從長遠(yuǎn)上看，它的發(fā)展可能帶來能源結(jié)構(gòu)的重大改變。燃料電池的出現(xiàn)與發(fā)展，將會給便攜式電子設(shè)備帶來一場深刻的革命，并且還會波及到汽車業(yè)，住宅，以及社會各方面的集中供電系統(tǒng)。在21世紀(jì)中它將會把人類由集中供電帶進(jìn)一種分散供電的新時代。

氫能與燃料電池對許多人來說，“氫能”并不是一個十分熟悉的字眼。事實上，在傳統(tǒng)的煤炭、石油和天然氣等化石燃料給人類帶來環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等諸多問題的當(dāng)今，許多國家，尤其是許多發(fā)達(dá)國家已將“潔凈”的氫能作為自己的未來能源而加緊研究。科學(xué)家們預(yù)測,氫能和電能將成為未來能源體系的兩大支柱，21世紀(jì)中期以后將是氫經(jīng)濟(jì)時代。氫能作為一種潔凈的可再生能源，同時又具有可儲可輸?shù)锰攸c，從長遠(yuǎn)上看，它的發(fā)展可能帶來能源結(jié)構(gòu)的重大改變，而在目前它是一種理想的低污染或零污染的車用能源，國際上公認(rèn)在不遠(yuǎn)的將來氫燃料汽車將是解決城市大氣污染的最重要途徑之一。因此，氫能作為解決當(dāng)前人類所面臨困境的新能源而成為各國大力研究的對象便是情理之中的事了。氫能主要有四種生產(chǎn)方式。其一，以天然氣、石油和煤為原料，在高溫下與水蒸氣反應(yīng)制得；其二：以天然氣、石油、和煤為原料，用部分氧化法制得；其三，可點解水制得；其四：可生物質(zhì)氣化制得；還有一種就是光解水制得。使用氫能與傳統(tǒng)的化石燃料相比又三大優(yōu)勢：其一，燃燒放出的熱量多；其二,燃燒產(chǎn)物是水，對環(huán)境無污染；其三，制備的原料是水，資源不受限制。氫能的儲存方式有多種。常見的有常壓儲氫、高壓儲氫、液氫儲氫，其中液氫儲氫密度高。能耗大、有自然揮發(fā)，不常使用。還有一類儲存氫能的方式是金屬氫化物和吸附儲氫。在一定溫度和壓力條件下，一些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來。這些會“吸收”氫氣的金屬，稱為儲氫合金。其儲氫能力很強(qiáng)。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍。儲氫合金都是固體，需要用氫時通過加熱或減壓使儲存于其中的氫釋放出來，因此是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。目前研究法杖中德儲氫合金，只要有鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金及稀土系儲氫合金。早在1839年，英國科學(xué)家威廉·格羅夫就提出了氫氧燃料電池的原理。雖然稱為燃料電池，其運作過程中并不會產(chǎn)生明火。產(chǎn)生電能的過程也不需要旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)等運動部件。因此燃料電池構(gòu)造簡單，能量利用率高，噪音小而且穩(wěn)定。理論上，應(yīng)用于汽車的燃料電池可以把氫燃料能量的６０～７０％轉(zhuǎn)化為動能，而內(nèi)燃機(jī)只能達(dá)到２０～２５％。燃料電池主要有三種：直接甲醇燃料電池、氫氧燃料電池和固體氧化物燃料電池。燃料電池由正極、負(fù)極和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)構(gòu)成，其工作原理與普通電化學(xué)電池類似，燃料在負(fù)極氧化，氧化劑在正極還原，電子從負(fù)極通過負(fù)載流向正極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電流。由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因此，它沒有像通常的火力發(fā)電機(jī)那樣通過鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量形態(tài)變化，可以避免中間的轉(zhuǎn)換的損失，達(dá)到很高的發(fā)電效率。同時還有以下一些特點：其一,不管是滿負(fù)荷還是部分負(fù)荷均能保持高發(fā)電效率；其二，不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率；其三，具有很強(qiáng)的過負(fù)載能力；其四，通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛；其五，用天然氣和煤氣等為燃料時，NOX及SOX等排出量少，環(huán)境相容性優(yōu)。燃料電池的出現(xiàn)與發(fā)展，將會給便攜式電子設(shè)備帶來一場深刻的革命，并且還會波及到汽車業(yè)，住宅，以及社會各方面的集中供電系統(tǒng)。在21世紀(jì)中它將會把人類由集中供電帶進(jìn)一種分散供電的新時代。因為太陽能供電雖然能替代部分能源，但它與天氣有關(guān)，受氣候的制約；核能利用又存在安全問題；唯有燃料電池供電，它沒有二氧化碳的排放，可減輕溫室效應(yīng)使全球