氫能發(fā)展歷程及燃料電池發(fā)展歷程

氫能發(fā)展歷程氫的發(fā)展氫燃料電池1970年JohnBockris或LawrenceW.Jones提出氫經(jīng)濟(Hydrogeneconomy)概念。由JohnBockris在美國通用汽車公司(GeneralMotors)技術中心演講時提出。當時發(fā)生第一次能源危機時，主要為描繪未來氫氣取代石油成為支撐全球經(jīng)濟的主要能源后，整個氫能源生產(chǎn)、配送、貯存及使用的市場運作體系。氫經(jīng)濟(Hydrogeneconomy)是將氫作為一種低碳燃料使用，特別是用于取暖、氫汽車、季節(jié)性能源儲存和遠距離能源運輸。氫經(jīng)濟作為一小部分低碳經(jīng)濟正在發(fā)展。為了逐步淘汰化石燃料并限制全球變暖，氫開始被用作燃燒燃料，只向大氣釋放干凈的水，而不向大氣釋放二氧化碳。截至2019年，氫氣主要用作工業(yè)原料，主要用于生產(chǎn)氨、甲醇和煉油。氫氣在常規(guī)的儲層中不是自然存在的。截至2019年，全球每年在工業(yè)加工過程中消耗的7000萬噸氫幾乎全部由天然氣蒸汽轉化(甲烷轉化為氫氣和一氧化碳及二氧化碳的化學反應)生產(chǎn)。只有少量的氫是由水電解而成。1839年英國物理學家威廉·葛洛夫制作了首個燃料電池。燃料電池的首次應用就在美國國家航空航天局1960年代的太空任務當中，為探測器、人造衛(wèi)星和太空艙提供電力。從此以后，燃料電池就開始被廣泛使用在工業(yè)、住屋、交通等方面，作為基本或后備供電裝置。16世紀1520年–-首次記錄了由帕拉塞爾蘇斯(Paracelsus，1494～1541年。瑞士醫(yī)生、煉金術士、非宗教神學家和德國文藝復興時期的哲學家)通過將金屬(鐵、鋅和錫)溶解在硫酸中而觀察到的氫。17世紀△1625年--詹·巴普蒂斯塔·范·赫爾蒙特(JohannBaptistavanHelmont，1577～1644年)對氫的首次描述。首先使用“Gas”一詞。△1650年--德梅耶內(TurquetdeMayerne，瑞士醫(yī)生，曾經(jīng)為多位英國和法國國王當過御醫(yī))通過稀硫酸對鐵的作用獲得了一種氣體或“易燃空氣”。△1662年-羅伯特·波義耳(RobertBoyle，1627年～1691年，愛爾蘭自然哲學家)定律，闡述在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強成反比。

△1670年--羅伯特·波義耳(RobertBoyle，1627～1691通過金屬與酸反應產(chǎn)生氫。17世紀

△1672年--羅伯特·博伊爾(RobertBoyle)的新實驗的揭示“接觸火焰與空氣之間關系”?！?679--法國物理學家、數(shù)學家、發(fā)明家丹尼斯·帕平(DenisPapin，1647～1712年)，發(fā)明高壓鍋，并制作了-安全閥。△1700年--法國化學家尼古拉斯·萊默里(NicolasLemery，1645～1715年)表明，硫酸/鐵反應中產(chǎn)生的氣體在空氣中具有爆炸性。18世紀△1755年--英國化學家、物理學家約瑟夫·布萊克(JosephBlack，1728年～1799年)確認存在不同的氣體并有不同的潛熱?！?766年--亨利卡文迪什(HenryCavendish，1731～1810年)，英國化學家、物理學家)發(fā)表于“關于漂移，人為架子”“的說明脫燃素空氣”通過與鋅金屬反應鹽酸并分離比空氣輕的氣體7?11倍。△1774年--發(fā)現(xiàn)氧氣的英國化學家約瑟夫·普里斯特利(JosephPriestley，1733～1804)，對氧氣進行了分類。18世紀△1780年--菲利斯·豐塔納(FeliceFontana，1730～1805，意大利生理學家)發(fā)現(xiàn)水煤氣變換反應。△1783年--安東尼·拉瓦錫(AntoineLavoisier(1743～1794年)，法國化學家先驅，近代化學奠基人之一，被人稱為近代化學之父。)為其取了氫的名字(Gk:hydro=water,genes=bornof)

18世紀△1783年--雅克·查爾斯(JacquesCharles，工程師)用波義耳的方法制造氫氣。他們耗費了250千克的硫酸和500千克的鐵，生成的氫氣被巧妙地填充進了一個直徑3.7m的浸膠織物氣球中。一切準備就緒后，氣球于1783年8月26日晚秘密被送至戰(zhàn)神廣場。乘坐氫氣球“LaCharlière”號進行了首次飛行。雅克·查爾斯(JacquesCharles)和助手羅伯特兄弟實現(xiàn)了第一次無人的氫氣球飛行。世界上第一個氫氣球就被當成惡魔被這么毀掉了△1783年--安東尼·拉瓦錫(AntoineLavoisier，1743～1794年)和拉普拉斯拉普拉斯(PierreLaplace，1749-1827年，法國天文學家、數(shù)學家)用冰量計測量了氫氣的燃燒熱。△1784年--讓·皮埃爾·布蘭查德(Jean-PierreBlanchard)嘗試了一個可拋棄的氫氣球，但它沒有轉向。18世紀18世紀△1784年--LavoisierMeusnier發(fā)明鐵-蒸汽工藝，通過使水蒸氣在600°C的熾熱鐵床上流過而產(chǎn)生氫氣?！?785年--讓·弗朗索瓦·皮拉特·德·羅齊耶(Jean-Fran?oisPilatredeRozier)制造了混合式羅齊耶爾氣球?！?787年--查爾斯定律(氣體定律，闡述有關體積與溫度的關系)。18世紀△1789年--JanRudolphDeiman和AdriaanPaetsvanTroostwijk使用靜電起電器產(chǎn)生的電通過萊頓(Leyden)罐中進行首次水電解?！?800年--威廉尼克爾森(WilliamNicholson)和安東尼卡萊爾(AnthonyCarlisle)利用伏打電池分解水成氫和氧由電解?！?800年--約翰·威廉·里特(JohannWilhelmRitter)用一組重新排列的電極重復實驗，以分別收集兩種氣體。19世紀△1801年---法國科學院院士、皇家學會會員漢弗萊·戴維(HumphryDavy，1778～1829年)初提燃料電池的概念?！?806年--法國發(fā)明家弗朗索瓦·伊薩克·德·里瓦茲(Fran?oisIsaacdeRivaz)建造了deRivaz發(fā)動機，這是第一臺由氫和氧的混合物驅動的內燃機。△1809年--托馬斯·福斯特(ThomasForster)用經(jīng)緯儀觀察了裝有“可燃氣體”的小型自由飛行員氣球的漂移。19世紀△1809年--法國物理學家、化學家蓋·呂薩克(Gay-Lussac，1778～1850年)提出蓋·盧薩克定律(Gay-Lussac'slaw)，發(fā)現(xiàn)了定壓情況下氣體體積隨溫度而改變的規(guī)律，即蓋·呂薩克定律?！?811年--意大利物理學家、化學家阿莫迪歐·阿伏伽德羅(AmedeoAvogadro，1776年～1856年)，提阿伏伽德羅氣體定律(Avogadro'slawagaslaw)，即在同溫同壓的條件下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數(shù)。△1819年--愛德華·丹尼爾·克拉克(EdwardDanielClarke)發(fā)明了氫氣吹管。19世紀△1820年--塞西爾(W.Cecil)寫了一封信“關于利用氫氣產(chǎn)生機械動力”?！?823年--戈德沃斯·古尼(GoldsworthyGurney，1793～1875年)將氫氣利用實用化引起重視。△1823年--耶拿大學化學與技術教授約約翰·沃爾夫岡·德貝萊納(JohannWolfgangD?bereiner，1780-1849年)發(fā)明了D?bereiner街燈照明。19世紀△1824年--英國物理學家、化學家邁克爾·法拉第(MichaelFaraday，1791～1867年)發(fā)明了橡膠氣球。△1826年--托馬斯·德拉蒙德(ThomasDrummond)建造了德拉蒙德之光(DrummondLight)。德拉蒙德光，又稱為石灰光或鈣光(calciumlight)，是一種舞臺燈，使用于劇院和音樂廳。亦用于科學研究光譜分析。產(chǎn)生方法是用氫氧焰灼燒石灰棒，石灰加熱到白熾狀態(tài)時會發(fā)出強烈的光線?！?826年--塞繆爾·布朗(SamuelBrown)測試了他的內燃機，用它來推動車輛飛向射手山(Shooter'sHill)。19世紀△1834年--邁克爾·法拉第(MichaelFaraday)發(fā)表了法拉第的電解定律?！?834年--法國物理學家，工程師貝諾·保羅·埃米爾·克拉皮隆(Beno?tPaulémileClapeyron，1799-1864年)發(fā)表理想氣體定律(IdealGasLaw)，它是描述理想氣體在處于平衡態(tài)時，壓強、體積、物質的量、溫度間關系的狀態(tài)方程。△1836年--約翰·弗雷德里克·丹尼爾(JohnFredericDaniell，1790～1845年)發(fā)明了一種原電池，該電池在發(fā)電中被消除了氫。19世紀△1839年--克里斯蒂安·弗里德里希·尚貝(ChristianFriedrichSch?nbein)在《哲學雜志》上發(fā)表了燃料電池的原理。△1839年--英國法官和科學家威廉·羅伯特·格羅夫(WilliamRobertGrove，1811～1896年)開發(fā)了格羅夫電池(Grovecell)，被稱為燃料電池之父，并制作了首個燃料電池。△1842年--英國律師、物理學家威廉·羅伯特·格羅夫(WilliamRobertGrove,1811~1896年)開發(fā)了第一個燃料電池(他稱其為氣體伏打電池)。1842年他制造出第一個燃料電池，首次使用氣體從化學反應中產(chǎn)生電流，奠定了天然氣作為燃料電池的燃料基礎，但在此期間由于內燃機產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，其研制開發(fā)工作受到嚴重制約。他制造出第一個燈絲燈(1845年);還發(fā)表了關于能量守衡的早期概念。19世紀△1849年--歐仁·波登(EugeneBourdon)發(fā)明了布爾登量規(guī)(Bourdongauge，彈簧管壓力計)。△1863年--埃蒂安·勒努瓦(EtienneLenoir)乘坐1缸2沖程Hippomobile摩托車從巴黎試駕到茹安維爾勒蓬(Joinville-le-Pont)。△1866年8月--威廉·馮·霍夫曼(WilhelmvonHofmann)發(fā)明了用于電解水的霍夫曼電壓表。△1873年--ThaddeusS.CLowe制造水煤氣，使用了水煤氣變換反應(watergasshiftreaction)?！?874年--法國科幻小說家儒勒?凡爾納(JulesVerne，1828～1905年，19世紀法國小說家、劇作家及詩人)出版科幻小說“神秘島”，稱“有一天將水用作燃料，將使用構成水和氫的氧氣”?！?884年--查爾斯·雷納德(CharlesRenard，1847～1905年)和亞瑟·康斯坦丁·克雷布斯(ArthurConstantinKrebs)發(fā)射了法國飛艇。19世紀19世紀△1885年--波蘭科學家ZygmuntFlorentyWróblewski.(1846～1888年)公布了氫的臨界溫度為33K，臨界壓力為13.3個大氣壓和沸點23K?！?889年--路德維希·蒙德(LudwigMond)和卡爾·蘭格(CarlLanger)創(chuàng)造了燃料電池的名稱，并試圖制造一種以空氣和蒙德氣體(Mondgas)為燃料的燃料電池?！?893年--德國化學家奧斯特瓦爾德(FriedrichWilhelmOstwald，1853～1932年)通過實驗確定了燃料電池各個組件的相互聯(lián)系。19世紀△1896年--杰克遜DD和EllmsJW，試驗由微藻(項圈藻Anabaena)光生物水解制氫技術。△1896年--利昂·泰森德·博特(LeonTeisserencdeBort)用高空飛行的儀器氣象氣球進行了實驗。△1897年--法國物理學家，化學家保羅·薩巴蒂埃(PaulSabatier，1854～1941年)通過發(fā)現(xiàn)薩巴蒂埃反應促進了氫化的應用。薩巴蒂埃二氧化碳還原系統(tǒng)是使二氧化碳加氫反應還原為水和甲烷，反應溫度為177~527攝氏度，反應過程為放熱反應?；瘜W反應式為：

CO2+4H2→CH4+2H2O+4160kJ/kg(CO2)19世紀△1898年--蘇格蘭物理學家、化學家和發(fā)明家詹姆斯·杜瓦(JamesDewar，1842～1923年)，約在1880年，他開始研究液氧并在1885年時，他改進了工藝并能集齊一瓶液氧。1892年，他發(fā)現(xiàn)杜瓦瓶這個真空的容器，并將其用于研究低溫的現(xiàn)象，然后又開始研究氫氣的液化和固化?！?899年--1898年詹姆斯·杜瓦(JamesDewar)通過金屬熱防護系統(tǒng)與再生冷卻技術，將倫敦的英國皇家學會的保溫瓶內將氫液化。首次收集了固體氫。△1900年--硬式飛艇之父費迪南德·馮·齊柏林伯爵(FerdinandvonZeppelin)發(fā)射了第一艘充滿氫氣的ZeppelinLZ1飛艇。20世紀△1901年--德國化學家威廉·諾曼(WilhelmNormann)發(fā)明了氫化脂肪，并且取得專利。從1911年開始，氫化油被廣泛運用于食品領域。油脂氫化的目的有二，一是使油脂更加穩(wěn)定，便于保存，二是改變天然油脂的功能特性，以滿足特殊產(chǎn)品的需要?！?903年--航天之父、前蘇聯(lián)航天研究學者康斯坦丁·愛德華多維奇·契爾科夫斯基(KonstantinEduardovichTsiolkovskii)出版了《借助反應裝置探索宇宙空間》?！?907年--萊恩制氫機(Lanehydrogenproducer)問世。20世紀△1909年--費迪南德·阿道夫·奧古斯特·馮·齊柏林伯爵乘坐齊柏林(Zeppelin)LZ5進行了首次長途飛行。△1909年--林德-弗蘭克-卡羅工藝(Linde-Frank-Caroprocess)。它是一種通過冷凝從水煤氣中脫除氫氣和二氧化碳的制氫方法。該工藝由AdolfFrank于1909年發(fā)明，并與CarlvonLinde和HeinrichCaro共同開發(fā)?！?910年--齊柏林飛艇LZ7進行首飛。20世紀△1910年--德國化學家弗里茨·哈伯(FritzHaber，1868～1934年)申請了哈伯工藝(Haberprocess)專利。哈伯工藝是從空氣中制造出氨的科學家，使人類從此擺脫了依靠天然氮肥的被動局面，加速了世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此獲得1918年瑞典科學院諾貝爾化學獎?！?912年--齊柏林飛艇LZ13(ZeppelinLZ13)進行了首次定期的國際齊柏林飛艇飛行?！?913年--尼爾斯·玻爾(NielsBohr)通過將量化條件強加于氫中電子的經(jīng)典軌道上，從而解釋了氫光譜的Rydberg公式。20世紀△1919年--乘坐BeardmoreHMAR34飛艇首次飛越的大西洋?！?920年--加氫裂化(Hydrocracking)，褐煤加氫商業(yè)化裝置在德國萊那(Leuna)投產(chǎn)?！?923年--蒸汽重整(Steamreforming)，BASF在萊那(Leuna)生產(chǎn)了第一批合成甲醇。20世紀△1923年--J.B.S.霍爾丹(J.B.S.Haldane)在Daedalus中構想;或《科學與未來》(ScienceandFuture)，稱“在有風的天氣中，多余的電能將用于將水電解分解為氧氣和氫氣的大型電站”。提出利用再生能源發(fā)電來將水電解分解為氧氣和氫氣?！?926年--沃爾夫岡·泡利(WolfgangE.Pauli，1900～1958年)和ErwinSchr?dinger(1887～1961年)證明氫光譜的Rydberg公式遵循了新的量子力學。△1926年--伊利諾伊大學Vandeveer和Parr研究部分氧化(Partialoxidation)，用氧氣代替了空氣來生產(chǎn)合成氣(syngas)。20世紀△1926年--翁貝托·諾比勒(UmbertoNobile)乘坐Norge氫飛船在北極上進行了首次飛行?！?929年--保羅·哈特克(PaulHarteck)和卡爾·弗里德里希·博霍弗(KarlFriedrichBonhoeffer)首次合成了純仲氫(pureparahydrogen)。△1930年--魯?shù)婪颉ぐ?RudolfErren)發(fā)明Erren發(fā)動機，申請GB專利GB364180，闡述使用氫和氧的混合物作為燃料的內燃機的改進以及與之有關的事情。20世紀△1935年--尤金·威格納(EugeneWigner)和亨廷頓(H.B.Huntington)預言金屬氫的生成。金屬氫是液態(tài)或固態(tài)氫在上百萬大氣壓的高壓下變成的導電體。導電性類似于金屬，故稱金屬氫。金屬氫是一種高密度、高儲能材料，之前的預測中表明，金屬氫是一種室溫超導體。△1937年--齊柏林(Zeppelin)LZ129飛艇興登堡被大火摧毀。△1937年3月--海因克斯HeS1(HeinkelHeS1)實驗用氣態(tài)氫燃料在赫斯(Hirth)使用離心式噴氣發(fā)動機進行了測試，這是第一臺工作的噴氣發(fā)動機。20世紀△1937年--第一臺氫冷式渦輪發(fā)電機在俄亥俄州代頓(Dayton,Ohio)投入使用。△1938年--在萊茵-魯爾(Rhine-Ruhr)第一條240公里的氫氣管道(hydrogenpipeline)，萊茵-魯爾地區(qū)25個化工廠和石化廠之間總共有875km長的氫氣分配系統(tǒng)。氫氣是由部分氧化、電解水、催化裂解甲烷或煤氣化產(chǎn)生的，用于制造氨、燃料氣和甲醇等產(chǎn)品。考慮了防止爆炸的放空技術、泄漏試驗、管道保溫、自動斷線切斷閥、氫擴散到管道材料的晶界、配電網(wǎng)的政府監(jiān)管和管網(wǎng)的中央控制設施?！?938年--伊戈爾西科斯基(IgorSikorsky)從西科斯基飛機公司提出液態(tài)氫作為燃料的提議。20世紀△1939年--魯?shù)婪颉蹅?RudolfErren)獲得美國專利2,183,674制造愛倫發(fā)動機(Errenengine)，一種使用氫氣作為燃料的內燃機?！?939年--漢斯·加夫隆(HansGaffron)發(fā)現(xiàn)藻類可以在產(chǎn)生氧氣和氫氣之間進行轉換?！?941年--氫首次在內燃機大規(guī)模應用：俄羅斯中尉鮑里斯·謝爾希在列寧格勒被圍困期間，使用數(shù)百“GAZ-AA”輛汽車，其責任采用攔截氫氣球來空中防御德機。20世紀△1943年--液態(tài)氫作為火箭燃料在俄亥俄州立大學進行了測試。△1945年--瑞典阿恩·澤特斯特羅姆(ArneZetterstr?m)第一次將Hydrox(氫氧混合氣)用于潛水，然而不幸的是，他在一次向大家展示Hydrox特別適合用于大深度潛水時，由于設備誤操作離開人世，人們對Hydrox的研究就此擱淺了好幾年。△1947年--威利斯·蘭姆(WillisLamb)和羅伯特·里瑟福德(RobertRetherford)用射頻波譜的方法發(fā)現(xiàn)氫原子的2S(1/2)和2P(1/2)能級并不是吻合，而是存在著一個能級差，這極大地刺激了量子電動力學的發(fā)展。這個就是著名的蘭姆移位(Lambshift)。蘭姆本人也因為這次精彩加精密的測量而榮獲1955年諾貝爾物理學獎。20世紀△1949年--加氫脫硫(Hydrodesulfurization)商業(yè)化。△1951年--地下儲存氫(Undergroundhydrogenstorage)?！?952年--“邁克”(IVYMIKE)是美國“常春藤行動(OperationIvy)”核試驗中試爆的第一顆技術完全成熟的熱核武器，也是第一顆真正的“氫彈”。實際上是氘聚變的核爆炸物。一般被認為這是世界上氫彈試驗的首次成功，采用“輻射爆聚”方案的“特勒—烏拉姆裝置”成為成功爆炸的基礎，并固定為熱核炸彈的標準特征。20世紀△1952年-非冷藏運輸杜瓦瓶(Non-RefrigeratedtransportDewar)。△1955年--托馬斯·格魯布(W.ThomasGrubb)通過使用磺化聚苯乙烯離子交換膜(sulphonatedpolystyreneion-exchangemembrane)作為電解質，修改了燃料電池的設計?！?957年--作為Lockheed(洛克希德)CL-400Suntan項目的一部分，普惠公司使用液體氫作為燃料的304型噴氣發(fā)動機進行了首次測試。20世紀△1957年--發(fā)布了U-2雙軸液態(tài)氫半掛車(U-2adoubleaxleliquidhydrogensemi-trailer)的規(guī)范?！?958年--倫納德·尼德拉赫(LeonardNiedrach)設計了一種在膜上沉積鉑的方法，這種方法被稱為格拉布·尼德拉赫(Grubb-Niedrach)燃料電池。△1958年–艾利斯-查默斯(Allis-Chalmers)展示了第一臺15kW燃料電池拖拉機D12。△1959年--英國工程師弗朗西斯·托馬斯·培根(FrancisThomasBacon，1904～1992年)建造了培根電池，這是第一臺實用的5kW氫空氣燃料電池，首次開發(fā)有實用價值的氫-氧燃料電池，將空氣和燃料通過電化學反應直接轉化成電力，用于為焊接機提供動力。20世紀△1960年--艾利斯-查默斯(Allis-Chalmers)制造了第一臺燃料電池叉車。△1961年--RL-10液態(tài)氫燃料火箭發(fā)動機首飛。△1964年--艾利斯-查默斯(Allis-Chalmers)建造了750瓦的燃料電池，為一人水下研究船提供動力。20世紀△1965年—雙子星計劃(ProjectGemini)首次使用將燃料使其電池商業(yè)化。△1965年--艾利斯-查默斯(Allis-Chalmers)制造了第一臺燃料電池高爾夫球車。△1966年--通用汽車公司(GeneralMotors)推出了世界上第一臺燃料電池汽車Electrovan。20世紀△1966年--研究泥漿氫(Slushhydrogen)，形象地說,泥漿氫就是在-259.14℃時氫的“漿糊態(tài)”,它介于液態(tài)與固態(tài)之間,有一定的流動性,但又不算是液體。泥漿氫的優(yōu)點很明顯：它的密度要比液態(tài)氫高16～20%，這使得同樣體積的燃料槽可以攜帶更多的燃料，它不是液體，不會晃蕩;它不是固體，可以更快地輸送到發(fā)動機里燃燒。泥漿氫簡直就是氫氧火箭絕配。阿麗亞娜火箭芯級采用了氫氧發(fā)動機?！?966年--J-2(火箭發(fā)動機采用)液氫火箭發(fā)動機發(fā)送。△1967年--研究光電化學電池(photoelectrochemicalcell)。日本藤島昭(AkiraFujishima)與導師本多健一共同發(fā)現(xiàn)二氧化鈦電極表面的水分子在紫外光照射下發(fā)生分解現(xiàn)象(即水的光解現(xiàn)象)，稱為“本多藤島效應(Honda-Fujishimaeffect)”。20世紀△1970年--鎳氫電池(Nickelhydrogenbattery)。鎳氫電池是一種性能良好的蓄電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。鎳氫電池正極活性物質為Ni(OH)2(稱NiO電極)，負極活性物質為金屬氫化物，也稱儲氫合金(電極稱儲氫電極)，電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。鎳氫電池作為氫能源應用的一個重要方向越來越被人們注意。△1970年--JohnBockris或LawrenceW.Jones提出氫經(jīng)濟(Hydrogeneconomy)概念。由JohnBockris在美國通用汽車公司(GeneralMotors)技術中心于1970年演講所創(chuàng)。當時發(fā)生第一次能源危機時，主要為