电化学能源发展论文参考文献

燃料电池的演化及发展探析摘要：对燃料电池的工作原理进行了详细的分析；对其演化过程进行了简述；对其最新技术进行了详细的研究；对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。关键词：燃料电池；碱性燃料电池；磷酸型燃料电池；熔融碳酸型燃料电池；固体氧化物燃料电池；直接醇类燃料电池；固体高分子膜燃料电池随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，因此环保问题引起了各国政府的重视。为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正在逐步成为一种趋势。经过了各方的互相协作和努力，燃料电池技术正日趋成熟。作为一项重要技术，从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。1 燃料电池的演化过程1．1 燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。1．2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展2．1 碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的AFC在潜艇动力实验上获得了成功。国内对AFC的研究工作是从20世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC进行基础研究。上世纪70年代，由于航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC的研究。2．2 磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了PAFC是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对PAFC的研究工作相对较少。尽管如此，在对PAFC的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co对Pt的锚定效应。2．3 熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃ 的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C动力公司。而日本对MCFC的主要是NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的MCFC研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW的MCFC单电池的长期运行试验，到1995年l1月止，累计运行了4万小时，确证了MCFC实用化的可能。德国MTU宣布在MCFC技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对MCFC的研究是中科院大连化物所从1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2．4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC是属于第三代燃料电池技术。20世纪60年代，美国就已将PEMFC应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20世纪80年代，加拿大Ballad公司才展开对PEMFC的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了1000W／L、700W／kg的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad公司在这一技术领域处于领先地位。国内对PEMFC的研究是从20世纪70年代天津电源研究所展开一聚苯乙烯蟥酸膜为电解质的PEM—FC基础研究。但进展缓慢。而国外在这一领域发展较快。因此在90年代开展了PEMFC的跟踪研究。目前，在PEM 方面，国内技术在多个方面取得了突破，北京富原新技术开发总公司已出现了50W、75W、150W、5KW 等样机。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型质子交换墨燃料电池系统，这大大缩小了与世界先进水平的距离。

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【摘要】固体氧化物燃料电池是一种可以直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置，固体氧化物电解池是固体氧化物燃料电池的逆过程，能够高温电解水/二氧化碳制氢气/一氧化碳。可逆电池将二者的功能合二为一。本论文主要进行了可逆电池的氧电极的复合改性研究。采用LSM（()δ），LSCF（δ）和SSC（δ））氧电极材料。采用丝网印刷工艺制备的LSM和LSCF氧电极材料用于高温电解池和可逆电池，长期运行后，LSM与电解质YSZ（氧化钇稳定的氧化锆）发生剥离，YSZ与GDC（δ）阻挡层剥离，导致电池性能衰减。浸渍工艺制备纳米LSM-YSZ，LSCF-YSZ和SSC-YSZ氧电极用于可逆电池，提高了氧电极的性能和催化活性。可逆循环测试或长期稳定性测试后，纳米离子发生团聚导致电池性能衰减。对SSC氧电极的研究发现氧电极SSC与YSZ分层，以及长期电解后氢电极Ni的团聚也是导致电池性能衰减的主要原因之一。最后，将纳米LSCF-YSZ氧电极用于H2O/CO2共电解，研究了共电解的影响因素和反应过程。综上，通过本论文研究为开发高活性和高稳定的氧电极材料奠定了基础。【作者】范慧；【导师】韩敏芳；PrabhakarSingh；【作者基本信息】中国矿业大学（北京），应用化学，2014，博士【关键词】固体氧化物燃料电池；电解池；氧电极；稳定性；【参考文献】[1]刘嘉.一个小型搜索引擎的设计与实现[J].河南科技学院学报(自然科学版),2014,06:46-50.[2]石华.制造业股权结构与企业非效率投资的关系研究[D].天津财经大学,会计学,2012,硕士.[3]朱贝贝.基于遗传算法的网格任务调度研究[D].山东大学,计算机软件与理论,2012,硕士.[4]万宇.2000—2013年我国部分高校硕博学位论文中残疾人体育研究述评[J].体育学刊,2014,04:66-70.[5]陈宁静.ACh诱导的脐带血管收缩效应及其机制研究[D].苏州大学,胚胎生理与围产基础医学,2014,硕士.[6]布伦.复方鳖甲软肝方对自发性高血压大鼠左室重构影响的实验研究[D].第四军医大学,内科学,2004,硕士.[7]封磊.20世纪三四十年代边政研究的学术转型[D].兰州大学,中国近现代史,2013,硕士.[8]贺浩.虚拟财产的刑法保护[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.[9]万德贵.分立半导体元器件焊点缺陷的研究[D].电子科技大学,集成电路工程（专业学位）,2012,硕士.[10]高雷.预售商品房按揭法律问题研究[D].郑州大学,法律,2013,硕士.[11]侯志军,耿加加,窦亚飞,朱誉雅.中美高校年度报告比较分析及启示[J].现代教育管理,2014,05:119-124.[12]方贻洲.论当代中国威权政治的基础[D].山东大学,政治学理论,2013,硕士.[13]邵永星.基于热释电红外传感器的停车场智能灯控系统设计[D].河北科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.[14]于世华.常微分方程法在结构影响线求解中的应用[D].吉林大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.[15]张文芳.医药流通企业信息系统的分析与设计[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.[16]杜国勇.移动Ad Hoc网络分簇算法的研究[D].安徽大学,计算机应用技术,2013,硕士.[17]白光,李文兴.铁路对少数民族地区经济的带动作用——以广西、青藏等铁路为例[J].广西民族研究,2014,01:139-145.[18]苏锦松.USP22和SIRT1蛋白在肾透明细胞癌中的表达及其作用[D].复旦大学,外科学,2013,博士.[19]唐爱莲.On Strategies of Raising Vocabulary Teaching Efficiency[D].安徽大学,英语语言文学,2003,硕士.[20]余雷.脉冲电磁场治疗骨质疏松的初步研究[D].第四军医大学,生物医学工程,2004,硕士.[21]李惠.老年糖尿病患者感染危险因素分析[D].吉林大学,护理学,2013,硕士.[22]黄大伟.电磁搅拌作用下轴承钢凝固组织形态演变的研究[D].东北大学,钢铁冶金,2011,硕士.[23]刘江波.企业新员工职业生涯规划研究[D].山东财经大学,企业管理,2012,硕士.[24]杨璐晟.国有企业核心竞争力培育策略研究[D].吉林大学,企业管理,2004,硕士.[25]单艺,马微,刘晓玲,王象欣,夏行昊,于力涛,魏雪冬,姜毓君.婴幼儿配方乳粉中微量碘测定方法的比较[J].食品工业科技.[26]温广辉.短时接触亲社会电子游戏对小学儿童亲社会行为的影响[D].浙江理工大学,应用心理学,2014,硕士.[27]华天海.基于DEA的水泥企业技术创新能力评价研究[D].安徽工程大学,管理科学与工程,2012,硕士.[28]王莉.论城市夜景照明的景观特性[D].南京艺术学院,2004,硕士.[29]伊朝接.基于新兴信息技术的智慧施工进度管理研究[D].哈尔滨工业大学,管理科学与工程,2014,硕士.[30]刘畅.新事业单位财务规则下医院财务审计研究[D].河北大学,会计学,2014,硕士.[31]赵金才.坐标测量系统零件信息提取与位姿自动识别的研究[D].天津大学,2005.[32]李晓辉.TiO_2/WO_3/石墨烯复合光催化剂的结构和性能研究[D].青岛科技大学,2014.[33]强彩虹.适应滨海新区发展的高职院校专业建设[D].天津大学,工业工程,2013,硕士.[34]曾伟川.β-氨基酸酯的合成研究[D].华侨大学,生物学,2013,硕士.[35]马广栓.当年养成商品草鱼新技术[J].农村.农业.农民.2003(04)[36]李超玲.筒形件强力旋压过程的有限元数值模拟[D].西北工业大学,材料加工工程,2004,硕士.[37]邓松波.基于机器视觉的飞机蒙皮孔几何参数检测技术研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.[38]郑开辉.含微电网的配电网自适应保护研究[D].北京交通大学,2012.[39]翟旭升,王海涛,谢寿生,苗卓广,吴勇.基于自适应遗传算法的多项式模型结构与参数的一体化辨识[J].控制与决策,2011,05:761-767.[40]李辉,彭海琳,刘忠范.拓扑绝缘体二维纳米结构与器件[J].物理化学学报,2012,10:2423-2435.[41]刘炳义.论中油集团技术创新战略[D].西南石油学院,2002.[42]韩京清.一类不确定对象的扩张状态观测器[J].控制与决策,1995,01:85-88.[43]张亚中,赵裕辉,鲁新便,刘哲生,叶建伟,宋伯虎.频谱分解技术在塔里木盆地北部TH地区碳酸盐岩缝洞型储层预测中的应用[J].石油地球物理勘探,2006,S1:16-20+24+142-143.[44]田永良.大型工程机械销售活动项目化管理应用研究[D].山东大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.[45]张继允.文艺复兴时期尼德兰绘画风格对我的工笔画创作的影响[D].首都师范大学,美术学,2013,硕士.[46]缪纲.面向视频后处理芯片的FPGA原型流程的研究和实现[D].浙江大学,通讯与信息系统,2004,硕士.[47]邵吉光,冯国臣,付盛.极值与切线的运动学原理[J].高等数学研究,2014,03:4-7.[48]黄捍东,赵迪,任敦占,王玉梅.基于贝叶斯理论的薄层反演方法[J].石油地球物理勘探,2011,06:919-924+1012+832-833.[49]高天珍.小学高年级语文阅读分层教学实验研究[D].华中师范大学,教育管理,2014,硕士.[50]张筱玮.论国际信用评级机构的治理及问责机制[D].安徽大学,国际法学,2013,硕士.