电池的研究和进展论文

电池是我们日常生活中最常用的商品之一，照相机、录音机、MP3、CD、DV、门铃、遥控器等，都离不开电池。我国是民用干电池的生产和消费大国，年产量达150亿只，消耗量达到了80亿只，主要为锌锰和碱性锌锰电池，平均每个中国人一年就要消费5只电池。随意丢弃电池，不仅严重污染环境，危害人体健康，而且浪费了国家有限的资源。以每生产100亿只电池计算，全年将要消耗万吨锌、万吨二氧化锰、2080吨铜、万吨氯化锌、万吨氯化铵、万吨碳棒；我国锌矿资源逐渐枯竭，产能逐量下降，按目前开采进度，专家测算，只能开采19年了！也就是说，再过20年，我国将变成无锌或贫锌国家。节约型社会建设，这就要求我们必须重视对废电池进行资源化利用！ 目前环境问题以及循环经济的可持续发展问题，已成为全球关注的焦点，包括废电池在内的工业废弃物的再生资源已引起了世界各国的重视，再生资源利用行业已成为世界看好的阳光产业，也就成为各国关注的紧迫课题。 对于废电池的回收利用，吉林省率先在全国拟出台条例禁止随意丢弃废电池。在今年7月25日召开的吉林省十届人大常委会第二十一次会议上，吉林省人大环资委副主任委员寇承甫先生建议，在《吉林省危险废弃物污染环境防治条例（草案）》中明确规定，禁止随意丢弃废电池。前不久，欧盟委员会也通过了一项关于制定废电池回收、再利用的新指令，该指令要求在欧盟出售的所有的电池，必须予以回收和循环再利用。 “世界上只有放错地方的资源，而没有不能利用的废弃物”。废电池利用是个世界性的课题，但迄今还没有一种得到普遍接受和运用的、经济型的综合利用工艺。现有的一些方法，比生产电池本身还要复杂，工本费也比生产电池还高，经营者无利益驱动，缺乏积极性。特别是有些工艺在解决了锌、锰的回收率和出路时，对剩余物质的处理研究不够，经济上不合算，技术上限制了其推广应用，综合利用无从谈起。这样，废旧电池一般作为生活垃圾被丢弃，当电池壳体破裂后，汞、锌、锰等金属物就污染水源、土壤，亦通过食物链进入生态环境，造成区域性的严重生态环境污染。 建设节约型社会，就要依靠科技进步和科技创新；废干电池也是“放错了地方的资源”，是完全可以变废为宝的。据测算：1吨废干电池可回收131公斤钢，160公斤锌，375公斤二氧化锰。这些金属的再生要比矿石中提取容易得多，同时又能消除对环境的污染。因此，对废干电池进行资源化利用，是利国利民、一举多得的好事。

废电池污染不容忽视 随着人们生活水平的提高和现代化通信业的发展，人们使用电池的机会愈来愈多，手机、寻呼机、随身听、袖珍收音机等都需要大量的电池作电源。今后一个时期，会有更多的废电池出现。然而，尽管近年来人们对保护自然生态环境日益重视，水污染、大气污染、白色污染等环境污染的治理已不同程度地收到了一定的效果，但废电池污染却未引起人们的足够重视。 有关资料显示，一节一号电池烂在地里，能使1平方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。对自然环境威胁最大的五种物质，电池里就包含了三种：汞、铅、镉。若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的汞及重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物中，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康。如何及时安全地处理废电池的问题，已日益突出地摆在人们面前。 人体一旦吸收这些重金属以后，会出现哪些病症呢？据有关专家介绍，汞是一种毒性很强的重金属，对人体中枢神经的破坏力很大，本世纪五十年代发生在日本的震惊中外的水俣病就是由于汞污染造成的。目前我国生产的含汞碱性干电池的汞含量达1－5％，中性干电池的汞含量为0．025％，我国电池生产消耗的汞每年就达几十吨之多。镉在人体内极易引起慢性中毒，主要病症是肺气肿、骨质软化、贫血，很可能使人体瘫痪。而铅进入人体后最难排泄，它干扰肾功能、生殖功能。 目前，中国电池180多亿只的年产量占世界电池总产量的30％以上，年消费量达70－80亿只，但回收率却不足2％。 回收电池陷入尴尬 由于人们对废旧电池的污染认识不足，随意丢弃废电池的现象十分严重，不管是城市还是乡村，废旧电池都随处可见。 据了解，北京市电池年消耗量达6000多吨。虽然近几年关于废旧电池的回收已引起有关部门重视，指定了专门进行回收的定点单位，同时在学校、商场、社区等一些高密度人群区设立了回收点，但收效甚微。1998年以来，北京市垃圾回收中心共回收废旧电池400余吨，回收率仅为1．7％。大量的废电池都被丢弃了。 上海市从1998年5月开始启动废电池回收工作，废电池回收点也是逐年递增，迄今为止全市已设置了四五千个废电池回收点，共回收废电池100余吨，但这与全市每年产生的大约3000多吨废电池相比相去甚远。 杭州市三名中学生曾经通过问卷、走访、查阅文献等办法，用几个月时间完成了《关于废旧电池回收现状调查与研究》的调查报告，结论是：我国废旧电池回收率只有1－2％。他们对废电池危害大而回收差的现状感到震惊。三名中学生在调查中发现，有近八成的市民认为废电池回收活动“与自己无关”或“没时间参加”，有87％的居民将废电池与生活垃圾一起丢弃。 由于人们对废旧电池的污染认识不足，随意丢弃废电池的现象十分严重，而对于城市主动设置的回收箱，很多市民非常淡漠。 长春市曾经在城区投放了200个绿色的废旧电池回收箱，收回了不少废电池。但是过了一段时间，部分回收箱却成为群众随手投掷废物的“垃圾箱”，有的甚至遭遇“封口”的尴尬。长春百货大楼电池专柜的两侧，摆放着两个废旧电池回收箱，可是“口”却被广告宣传画封住了。营业员说，自从回收箱摆在这儿以后，几乎没有人来投废旧电池，大家都把它当成垃圾箱，往里扔果皮、纸屑，甚至往里面吐痰。她们干脆将回收箱清洗干净，把“口”封上，以减少麻烦。 有关环保专家分析认为，目前我国尚未建立一个完善有效的回收网络和体系，是造成废旧电池回收处理难的一个主要原因。 回收电池何处去？ 回收难只是问题的一个方面，废电池即使回收上来也无法处理。 如今在大连，8岁的小学生已开始知道，废旧电池不可以乱扔。他们会用小手把一节一节的废电池送到学校或青少年宫，有的商场也设立了专用的回收箱。但是，这些回收上来的旧电池却陷入了一个尴尬的处境，因为人们不知道这些废电池如何妥善处理。 于是，大连开发区东泰产业废弃物处理有限公司从1999年开始义务负担起了回收储存的任务。大连开发区东泰产业废弃物处理有限公司一位名叫殷国元的工作人员近日在接到大连理工大学的电话后，出车从这所学校运走了2吨多的废电池。殷国元告诉记者，现在他们经常与大连的几十所大学和中小学校打交道，要定期上门去清运回收上来的废电池。尽管现在处理废电池的技术不成问题，但是处理废电池要赔钱，量也太少。记者在填埋场旁边的仓库里看到，回收上来的近百吨废电池至今仍然静静地躺在里面。 实际上，全国各地越来越多意识到废电池危害的企业和个人正在面临同样令人难堪的尴尬境地。 近年来，随着人们环保意识的提高，废电池的危害逐步引起了社会各界的重视，越来越多的人开始自觉收集废电池。全国各地的环保组织也开展了废电池回收活动，号召人们把用过的废电池收集起来，减少环境污染。但是，在回收废电池的热潮中，不久后人们却发现，回收的废电池并不能得到妥善的安置。 河南省新乡市一位50多岁的普通妇女田桂荣面对已经积攒的50多吨废电池万分尴尬。她和丈夫本是新乡市的电池销售大户，1999年当她了解到废电池的危害后，开始回收废电池，2000年6月，当她回收的废电池达到20吨时，她曾向媒体发出了求助信：“谁能帮我处理20吨废旧电池？”但是两年过去了，田桂荣收集的废电池尽管已超过50吨，却依然未找到一个不会污染环境的最后归宿。 一些开始参与回收废电池的企业也遭遇同样的尴尬。广西桂林一家桶装水生产企业去年6月在当地媒体上刊出“给我废品，还你精品”的广告，开展交30个旧电池换一桶水、交300个旧电池换1台饮水机的活动。此广告一出，仅两天时间就回收了800公斤废电池，换出桶装水500桶，饮水机26台。但是他们没有想到，耗资1万多元“买”环保却买来了一桩麻烦事：当他们与环保部门联系时，环保部门在肯定这次行动的同时，告知他们目前桂林还没有能处理废电池的工厂，只能自己慎重保管回收的废电池，且不能造成二次污染。无奈之下，这家公司不得不又刊登广告，宣告暂停这项活动。 北京回收的部分废旧电池已盛了两个20尺高的集装箱，因得不到妥善的无害化处理，它们不得不躺在北京远郊的山洞里。 据了解，由于我国迄今为止尚没有一家专业的、能够批量处理废电池的企业，全国各地收集废电池的地区都遭遇这样的尴尬难题。目前，很多部门只能采取堆放的办法。 废电池处理无利可图？ 据调查，当前各种经济因素制约着废旧电池处理产业的发展。废旧电池处理回报率低、效益周期长，很难吸引投资者，所以也就很难形成产业化规模，而没有规模就无法实现效益。1997年，北京开始回收旧电池时，曾有七八家企业进入废旧电池处理行业，但后来均退出了。 事实上，废旧电池回收业并非无利可图。因为废旧电池中含有大量可再生利用的重金属和酸液等物质，如通过废旧电池再利用，每年可再生锌4万吨。据华南理工大学韦朝海博士估算，按每天处理10万只废电池计算，除去各种费用之后，可获利2万元左右；以70亿只电池，50％的利用率计算，年利润可达6亿多元。可见，规模经营完全可以创造效益。 但遗憾的是，目前大量作坊式小企业充斥废旧电池回收市场，扰乱了市场秩序。大连开发区东泰产业废弃物处理有限公司董事长董金庆对记者说：“纽扣电池的回收利用价值较高，如果一年能回收2吨，企业就可以投放设备处理。现在一些乡镇企业看有利可图，纷纷涌入，但由于不成规模，没有做到无害化处理，造成了严重的二次污染。” 政策支持乏力 记者在采访中了解到，我国废旧电池回收处理产业目前尚缺乏政策扶持。废旧电池处理的利润一般体现在两个方面：政府补贴和处理过程中生成的新产品，如锌、锰、汞等。国外通行的作法是：对废旧电池的回收处理实行“政府补贴”，即处理一吨废旧电池，政府给予相应的补偿。而在我国，至今还没有任何补贴。 据介绍，目前国外在废旧电池回收处理上已经采取了不少办法，这些做法均值得我国借鉴。比如：美国、日本废旧电池回收后交到企业处理，政府给补贴；韩国生产电池的厂家，每生产一吨要交一定数量的保证金，用于回收者、处理者的费用，并指定专门的工厂进行处理。还有的国家对废旧电池处理企业进行减免税等。 废电池何日变废为宝？ 废电池的危害已逐步引起人们的共识。如果再不及时采取措施，今后会有更多的废电池出现，并将会产生更多的废电池危害。因此，必须把回收废电池当作一件大事来抓，让废电池及时“安家落户”，变废为宝。 那么，到底如何解决废电池回收处理举步维艰这一棘手的难题呢？环保专家建议，要从根本上解决废旧电池处理难题。一是要使废旧电池的处理在产业政策的轨道上运行，国家应尽快出台相关行业政策及法律法规，并制定符合我国实际的管理办法及具体的可操作的管理实施细则。二是按照“谁污染，谁治理”的原则，对电池生产企业征收环境治理税，对回收环节、处理环节给予补贴。三是要尽快建立健全系统的废旧电池自愿及强制回收体系。自愿回收体系的建立，可以采取设立公共收集设施的办法；建立强制回收体系，可以采取通过立法要求生产者、销售者收集其产品废弃物。四是由于废电池在运输、储存过程中，可能造成环境污染，因此，应建立起完善的废电池运输管理制度、储存管理制度，把好运输、储存关口，防止二次污染。五是采取电池“以旧换新”的办法，对消费者适当让利，以促进废旧电池的回收.

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。

中国的燃料电池技术 来源: 作者: 编辑:admin 时间:08-03-03 23:19:21 -------------------------------------------------------------------------------- 近几年我国燃料电池的研究开发取得了长足的进展，特别在质子交换膜燃料电池方面，达到或接近了世界水平；在熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池技术等方面也取得一些进展。但在总体上，我国燃料电池仍处于科研阶段，与国外相比，水平较低。发达国家都已将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，并取得了许多重要成果，各等级的燃料电池发电厂相继建成，即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车动力。我国应集中研究力量，加大投入，大力推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作。 燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置，可以用天然气、石油液化气、煤气等作为燃料。也是煤炭洁净转化技术之一。按电解质种类可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、再生氢氧燃料电池(RFC)、 直接醇类燃料电池（DMFC），还有如新型储能电池、固体聚合物型电池等。 氢和氧气是燃料电池常用的燃料气和氧化剂。此外，CO等一些气体也可作为MCFC与SOFC的燃料。从长远发展看，高温型MCFC和SOFC系统是利用煤炭资源进行高效、清洁发电的有效途径。我国丰富的煤炭资源是燃料电池所需燃料的巨大来源。 燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。人们预测，燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四代发电方式[1]，它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。 1，中国燃料电池技术的进展 “燃料电池技术”是我国“九五”期间的重大发展项目，目标是，利用我国的资源优势，从高起点做起，加强创新；在“九五”期间，使我国燃料电池的技术发展接近国际水平。内容包括“质子交换膜燃料电池技术”、“熔融碳酸盐燃料电池技术”及“固体氧化物燃料电池技术”三大项目[2]， 其中，用于电动汽车的“5kW质子交换膜燃料电池”列为开发的重点。此项任务由中国科学院及部门所属若干研究所承担。所定目标业已全部实现。 在质子交换膜燃料电池（PEMFC）方面，我国研究开发的这类电池已经达到可以装车的技术水平，可以与世界发达国家竞争，而且在市场份额上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我国自把质子交换膜燃料电池列为"九五"科技攻关计划的重点项目以后，以大连化学物理研究所为牵头单位，在全国范围内全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究，取得了很大进展，相继组装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW电池组与电池系统。5kW电池组包括内增湿部分,其重量比功率为100W/kg，体积比功率为300W/L。质子交换膜燃料电池自行车已研制成功，现已开发出200瓦电动自行车用燃料电池系统。百瓦级移动动力源和5kW移动通讯机站动力源也已开发成功。千瓦级电池系统作为动力源，已成功地进行了应用试验。由6台5kW电池组构成的30kW电池系统已成功地用作中国首台燃料电池轻型客车动力源。装车电池最大输出功率达46千瓦。目前该车最高时速达，为燃料电池电动汽车以及混合动力电动汽车的发展打下良好的基础。该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大巴拉德公司联合开发的MK7质子交换膜燃料电池电动车的水平[3]。我国目前正在进行大功率质子交换膜燃料电池组的开发和燃料电池发动机系统集成的研究。 在熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）方面，我国已经研制出α 9 7 3 1 2 4 8 : 联系人：肖编辑 电话： 投稿信箱： 工作