燃料電池技術(shù)

前言

　　自1980年起日本就開始了燃料電池的研究開發(fā)工作，隨著國家對燃料電池研究項目資金和人力投入的不斷加強，燃料電池的研究和開發(fā)工作正在迅速地發(fā)展?；厥兹毡救剂想姵匕l(fā)展的歷程，我們可以用一個小孩的成長過程來比喻燃料電池的開發(fā)及實用化進(jìn)程。燃料電池家族中的大哥當(dāng)數(shù)磷酸型燃料電池（PAFC），繼人們熟悉的堿性燃料電池（AFC）之后，在美國技術(shù)的基礎(chǔ)上，在國家的扶植下它已發(fā)展成為了具有“中等體魄”（數(shù)百千瓦級）的“社會一員”。目前，由于磷酸型燃料電池顯示出的“穩(wěn)重”性格（性能、功能），已肩負(fù)著燃料電池領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)地位的重任。近幾年來雖然沒有重大的革新，但它正融入到社會發(fā)展之中。燃料電池家族中的二哥是熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），目前它正處于成為“社會一員”前的國家試驗的最后階段。它體積大、“性格豪爽”，將來在社會上要受到“就職部門”對其發(fā)展空間的限制。到目前為止，它已接受了“大量教育資助”，但將要面臨畢業(yè)后如何返還這些資助的苦惱。燃料電池中的老三是固體氧化物燃料電池（SOFC），其體積小、“力氣”大、比較堅實。目前正在完成對它的“義務(wù)教育”，有人預(yù)測它將來可能成為“總理”或者“大將”。但對社會的適用性如何現(xiàn)在還不明朗。需要指出的是，在成長過程中其“瘦弱”的體質(zhì)會帶來什么樣的“品質(zhì)”還難下定論。燃料電池家族中的小弟弟是固體高分子型燃料電池（PEFC），現(xiàn)在正成為世界能源環(huán)境關(guān)注的閃光點。其魅力是“個頭小、機(jī)靈、敏捷且具有包容力”。盡管它剛剛成為“小學(xué)高年級學(xué)生”，目前還不夠成熟，但可以預(yù)料它必將改變我們周圍的生活環(huán)境?！　〉侥壳盀橹?，在與燃料電池有關(guān)的國際會議中參加者的發(fā)言題目基本上是類似的，例如國際會議中燃料電池的研究會、Glove研討會、國際燃料電池會議（IFCC）等?？梢钥吹?0世紀(jì)70年代主要是基礎(chǔ)理論和各種電池的宣傳工作；20世紀(jì)80年代則集中在磷酸型燃料電池研發(fā)方面；20世紀(jì)90年代前期，有關(guān)磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池的論文在數(shù)量上基本持平；20世紀(jì)90年代后期磷酸型燃料電池研發(fā)方面的論文減少，而固體高分子型燃料電池的論文明顯增加起來。

內(nèi)容概要

燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，燃料電池技術(shù)正在得到飛速地發(fā)展。日本在燃料電池技術(shù)開發(fā)、研究、推廣應(yīng)用方面起步較早，理論研究及應(yīng)用研究處于國際領(lǐng)先地位。本書全面系統(tǒng)地介紹了日本燃料電池技術(shù)歷史和技術(shù)進(jìn)展，分析討論了各種燃料電池技術(shù)的實用價值，較詳細(xì)地描述了一系列在一些領(lǐng)域中已得到工業(yè)或中試規(guī)模應(yīng)用的研究實例以及存在的問題，并且說明了如何使用各類燃料電池設(shè)備和與之配套的輔助設(shè)備，重點介紹了如何綜合使用各類燃料電池設(shè)施時的工程設(shè)計、設(shè)備安裝、使用方法、注意事項及燃料電池應(yīng)用前后的效益比較。本書既在基礎(chǔ)理論方面作了較深入的論述，又總結(jié)了許多實踐方面的經(jīng)驗；既突出了世界各國積極開發(fā)的磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池和固體高分子型燃料電池這4類燃料電池，以及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)與周圍設(shè)備相連系統(tǒng)等燃料電池的重點，又反映了近年來燃料電池的最新科技成果和未來發(fā)展動態(tài)。本書適合于從事燃料電池技術(shù)開發(fā)、研究、推廣應(yīng)用的高等院校教師、科研人員及高年學(xué)生，廣大基層從事燃料電池應(yīng)用研究的技術(shù)人員、干部以及政府領(lǐng)導(dǎo)、科研管理部門等人員作為教材和參考工具書。

書籍目錄

第1章 概述1.1 燃料電池基礎(chǔ)1.2 多種多樣的燃料電池1.3 燃料電池的回顧1.4 燃料電池的輔助裝置1.5 從能源現(xiàn)狀看燃料電池的未來參考文獻(xiàn)第2章 固體高分子型燃料電池2.1 原理與特征2.2 電池的組成2.3 電池性能2.4 開發(fā)動向與適用領(lǐng)域2.5 面向?qū)嵱没恼n題與展望參考文獻(xiàn)第3章 磷酸型燃料電池3.1 原理與特征3.2 電池的組成3.3 電堆事故診斷與壽命預(yù)測技術(shù)3.4 發(fā)電系統(tǒng)的普及事例及未來技術(shù)3.5 技術(shù)開發(fā)的現(xiàn)狀與未來參考文獻(xiàn)第4章 熔融碳酸鹽燃料電池4.1 原理和特征4.2 電池的組成和材料4.3 電池性能4.4 發(fā)電系統(tǒng)的組成4.5 技術(shù)開發(fā)狀況4.6 面向?qū)嵱没募夹g(shù)課題和未來展望參考文獻(xiàn)第5章 固體氧化物燃料電池5.1 原理和特征5.2 電池的組成5.3 電池材料5.4 發(fā)電特性5.5 發(fā)電系統(tǒng)組成5.6 開發(fā)狀況5.7 實用化的課題5.8 展望未來參考文獻(xiàn)第6章 使用液體燃料的直接型燃料電池6.1 使用液體燃料的直接型燃料電池6.2 用于宇宙航天的堿性燃料電池參考文獻(xiàn)第7章 與電力網(wǎng)聯(lián)結(jié)7.1 電力網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)運轉(zhuǎn)7.2 逆變器的結(jié)構(gòu)和特征7.3 用于燃料電池的逆變器技術(shù)7.4 與電力網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)的必要技術(shù)條件和課題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　PCI7－C和PC3A－2以外的大部分電堆的自由電解液都是液循環(huán)型的。這種類型的電堆工作時電解液在燃料極和空氣極之間流動。電解液具有可以在電堆外部進(jìn)行冷卻和蒸發(fā)水分，同時還有液體體積易變化和液體易更換等優(yōu)點?！　≡跇?gòu)造方面，雖然不需要在電堆內(nèi)部安裝冷卻板和電解液貯槽，但是由于需要將電解液并排注入各個單電池內(nèi)，因此要有共用的電解液通道。如通道中流動的電解液流失，則會降低電堆功率，影響壽命，所以需要嚴(yán)格控制電解液流失的情況。在不使電解液循環(huán)泵功率過大的條件下，可以改造電解液通路的形狀和電解液分配方式。此外，為了使單電池之間保持電氣聯(lián)結(jié)，需要像擔(dān)載型燃料電池一樣通過雙極板來進(jìn)行，但很麻煩?？梢圆捎米岆p極板接觸電極的周圍集電后，再直接與相鄰的電池聯(lián)結(jié)的方法。這種情況下，降低電極的電阻是非常必要的。　　電極是將電催化劑粘合在支撐材料上成膜狀、定型后制成的。支撐材料使用鉑金網(wǎng)（PCI7－C的空氣極是鉑網(wǎng)，燃料極是銀網(wǎng)，其他是鎳網(wǎng)等）或者鎳的多孔質(zhì)膜等?，F(xiàn)在使用的粘接材料是憎水性的氟樹脂[聚四氟乙烯等（PTFE）?！　∪剂蠘O催化劑除了使用鉑、鈀之外，還有支撐鉑的碳粉或雷尼鎳。雷尼鎳催化劑是一種從鎳和鋁合金中溶出、去除鋁后，產(chǎn)生的大量的、活性很強的微孔催化劑。因為其活性強，在空氣中容易著火，不易處理，所以為了使其在鋁溶出后不喪失催化活性，通常將其進(jìn)行氧化后與PTFE粘合在一起，使用時再用氫進(jìn)行還原?！　　?/pre>








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