第一篇：燃料電池電極材料簡述

燃料電池電極材料簡述

By 小葉好的

摘要

本文分別簡述了五種燃料電池的點擊材料的發展狀況。分別從質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池、熔融鹽燃料電池五種類型分別對電極材料進行簡述，并結合最新的前沿研究對燃料電池電極材料進行簡單的論述。關鍵詞

燃料電池 正極材料 負極材料 電極 燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。一．質子交換膜燃料電池

質子交換膜燃料電池是一種燃料電池，在原理上相當于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為電解質。工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。

在質子交換膜燃料電池中，電解質是一片薄的聚合物膜，例如聚[全氟磺]酸，和質子能夠滲透但不導電的NafionTM，而電極基本由碳組成。氫流入燃料電池到達陽極，裂解成氫離子（質子）和電子。氫離子通過電解質滲透到陰極，而電子通過外部網路流動，提供電力。以空氣形式存在的氧供應到陰極，與電子和氫離子結合形成水。在電極上的這些反應如下：

陽極：2H2→ 4H+ + 4e-

陰極：O2 + 4H+ + 4e-→ 2 H2O

整體：2H2 + O2→ 2 H2O + 能量

質子交換膜燃料電池的工作溫度約為80℃。在這樣的低溫下，電化學反應能正常地緩慢進行，通常用每個電極上的一層薄的白金進行催化。

這種電極/電解質裝置通常稱做膜電極裝配（MEA），將其夾在二個場流板中間便能構成燃料電池。這二個板上都有溝槽，將燃料引導到電極上，也能通過膜電極裝配導電。每個電池能產生約0.7伏的電，足夠供一個照明燈泡使用。驅動一輛汽車則需要約300伏的電力。為了得到更高的電壓，將多個單個的電池串聯起來便可形成人們稱做的燃料電池存儲器。

二．固體氧化物燃料電池

固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置。被普遍認為是在未來會與質子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。廣泛采用陶瓷材料作陰極和陽極電極材料，具有全固態結構。陶瓷電解質要求中、高溫運行（600～1000℃），加快了電池的反應進行，還可以實現多種碳氫燃料氣體的內部還原，簡化了設備。

陰極材料目前已經有用檸檬酸絡合法制備超細的鈣鈦礦型結構的固體氧化物燃料電池陰極材料La_(0.7)Sr_(0.2)Co_(0.1)CuO_(3-σ)(LSCC).選用合適的反應條件和煅燒溫度制得所需要的材料后,用DSC-TG、XRD、SEM等對粉體進行物相測定和形貌觀察;選用不同溫度煅燒前驅體,得到不同比表面積的粉體材料,通過半干法工藝成型LSCC陰極材料并測試它在不同溫度條件下的電性能.結果表明,溶膠凝膠-高溫自燃燒法能制備出超細純相的LSCC陰極材料,且該陰極材料在中溫條件下使用具有良好的導電性能(不低于150 S/cm)和輸出功率(0.85 W/cm~2)和較低的活化能(112.1 kJ/mol).最近,一些具有電子和氧離子混合傳導的A2B2O5型復合氧化物成為人們研究的熱點材料。這類材料主要包括層狀鈣鈦礦結構,如LnBaCo2O5+δ(Ln為稀土元素)、LaBaCuFeO5+δ和YBaCuCoO5+δ等氧化物和鈣鐵石結構,如Ca2Fe2O5、La2Co2O5等氧化物[1～3]。由于具有良好的晶體結構、獨特的電化學性能以及較高催化活性,這些氧化物在新材料開發方面得到了高度的重視[4,5]。有關A2B2O5型層狀鈣鈦礦結構氧化物用于SOFC陰極材料的研究最近也有一些報道,并且表現出較好的電化學性能。Tarancón等報道了GdBaCo2O5+δ氧化物陰極材料在不同固體電解質上的電化學性能,發現當測試溫度為700℃時,電極的極化電阻最小值為0.25Ω.cm2。同時,Kim等研究了PrBaCo2O5+δ陰極材料的氧擴散及表無機化學學報第25卷面交換性能,結果顯示,在測試溫度范圍內該材料具有很好的氧擴散能力;同時,電化學測試結果顯示,在較低的測試溫度下(600℃),PrBaCo2O5+δ陰極材料具有較小的極化電阻(0.15Ω.cm2)。

三．磷酸燃料電池

磷酸燃料電池是當前商業化發展得最快的一種燃料電池。正如其名字所示，這種電池使用液體磷酸為電解質，通常位于碳化硅基質中。磷酸燃料電池的工作溫度要比質子交換膜燃料電池和堿性燃料電池的工作溫度略高，位于150-200℃左右，但仍需電極上的白金催化劑來加速反應。其陽極和陰極上的反應與質子交換膜燃料電池相同，但由于其工作溫度較高，所以其陰極上的反應速度要比質子交換膜燃料電池的陰極的速度快。

目前已經有ElectroChem電池，其標準電極是使用在碳紙上的10wt %，20wt % Pt/C或30wt% Pt/RU觸媒.我們也有特別訂制的電極可供選擇。但是目前比較成熟的是，正極材料采用磷酸鐵鋰，正極集流體采用鋁箔，導電劑選用超導炭黑、導電石墨的一種或兩種混合物，正極材料粘結劑選用聚偏二氟乙烯；負極材料采用天然石墨或人造石墨，負極集流體采用銅箔，導電劑選用超導炭黑、導電石墨一種或兩種混合物，負極材料粘結劑選用聚偏二氟乙烯或羧甲基纖維素納、丁苯橡膠；正極片、負極片、隔膜經多層層疊卷繞制成圓柱形卷芯。本發明不僅容量大，而且可以大倍率放電。合成方法主要有二步法工藝和膠-凝膠法，二步法工藝先是將含鐵、酸根的原料均勻混合，在較低溫度下合成結晶程度較好的磷酸鐵鋰；然后將磷酸鐵鋰和復合導電劑(無機導電物與含碳導電劑前驅物)充分混和，在較高溫度下經短時間熱處理即可得到電化學性能優良的正極材料磷酸鐵鋰，獲得的磷酸鐵鋰結晶性好，其與導電劑的界面作用強，使材料的鋰離子和電子導電率高，并適合用于大倍率充放，本工藝原料為廉價化工產品，合成工藝簡單，易于規模化生產，添加電子導電劑的方法獨特，產品材料電化學性能優良。溶膠-凝膠法制備鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的方法。將五氧化二釩粉末加熱到600-900℃，并恒溫1-4h使其熔融后迅速倒入裝有水的容器中形成棕紅色溶液，然后往溶液中加入鋰鹽、磷酸鹽和有機酸，混合均勻后，在惰性氣體的保護下于400℃-700℃燒結5-20h，冷卻后即為成品。

四． 堿性燃料電池

堿性燃料電池一般以碳為電極，并使用氫氧化鉀為電解質。堿性燃料電池的電能轉換效率為所有燃料電池中最高的，最高可達70%。

19世紀60年代初，中溫堿性燃料電池被用于太陽神阿波羅太空飛船，標志著燃料電池技術成為民用。堿性燃料電池在太空飛行中的應用獲得成功，因為空間站的推動原料是氫和氧，電池反應生成的水經過凈化可供宇航員飲用，其供氧分系統還可以與生保系統互為備份，而且對空間環境不產生污染。

20世紀90年代以來，眾多汽車生產商都在研究使用低溫燃料電池作為汽車動力電池的可行性。由于低溫堿性燃料電池存在易受CO2毒化等缺陷，使其在汽車上的應用受到限制，因此，除少數機構還在研究堿性燃料電池外，大多數汽車廠商和研究機構都在質子交換膜燃料電池（PEMFC）和直接甲醇燃料電池（DMFC）上尋求突破。然而PEMFC和DMFC都以貴金屬Pt為主催化劑，一旦PEMFC和DMFC達到真正的批量生產階段，將被迫面臨Pt的匱乏。堿性燃料電池可以不采用貴金屬作催化劑，如果采用CO2過濾器或堿液循環等手段去除CO2，克服其致命弱點后，用于汽車的堿性燃料電池將具有現實意義。因此，堿性燃料電池領域近年的研究重點是CO2毒化解決方法和替代貴金屬的催化劑。

最近的研究表明，CO2毒化問題可通過多種方式解決，如通過電化學方法消除CO2，使用循環電解質、液態氫，以及開發先進的電極制備技術等。德國的Gulzow,E.等人2004年研究發現：當電極采用特殊方法制備時，可以在CO2含量較高的條件下正常運行而不受毒化。在電極制備中，催化劑材料與PTFE 細顆粒在高速下混合，粒徑小于1μm的PTFE小顆粒覆蓋在催化劑表面，增加了電極強度，同時也避免了電極被電解液完全淹沒，減小了碳酸鹽析出堵塞微孔及對電極造成機械損害的可能性。香港大學倪萌等人2004年提出使用氨（NH3）作為氫源在堿性燃料電池上使用將具有較好的發展前景。氨在室溫下僅需8～9MPa就可被液化，不需較高能量消耗，且價格低，已有比較完善的生產、運輸體系。氨具有強烈刺鼻的氣味，其泄漏很容易檢測。氨的爆炸范圍比較小，僅15%～28%（體積比），相對安全。在堿性燃料電池使用中，只需在燃料入口增加一個重整器，將NH3分解為N2 和H2 即可。NH3的使用為堿性燃料電池的應用展開了一片較好的前景。

在替代貴金屬的催化劑方面，近年的研究集中于：如何在非貴金屬催化劑的穩定性和電極性能方面取得突破，開發與貴金屬復合的多元催化劑，以及提高貴金屬利用率、降低貴金屬負載量等。基于納米材料的電催化劑的應用研究是該領域近年的發展方向之一，納米材料具有大比表面積、優良的導電性，在強堿液中表現出良好的耐蝕性，碳納米管（CNTs）可作為堿性燃料電池中H2氧化反應的催化劑或催化劑載體。2000年，印度的N.Rajalakshmi等人采用直流電弧放電法制備單壁碳納米管，經過加熱、純化、濃硝酸處理過后的碳納米管具有類似于金屬氫化物的催化活性。將其與銅粉按比例混合后制備的工作電極的電化學性能穩定、效率較高。2007年，日本汽車商Daihatsu宣布開發出一款無鉑的堿性燃料電池。該技術適用于小型、有限范圍的汽車，對性能和耐久性的要求不像大型汽車那么嚴格，但該技術還處于初級階段，近期不會有商業化產品。

近年來，國際研究者在CO2毒化解決方法和替代貴金屬的催化劑方面取得的研究進展，為低溫堿性燃料電池的汽車應用創造了可能性。

五． 熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池以熔融堿金屬碳酸鹽的混合物組成低共熔體系作電解質，以氧化鎳為正極、鎳為負極的一種燃料電池。其燃料用氫和一氧化碳，氧化劑為空氣。

1、陽極

MCFC的陽極催化劑最早采用銀和鉑，為降低成本，后來改用了導電性與電催化性能良好的鎳。但鎳被發現在MCFC的工作溫度與電池組裝力的作用下會發生燒結和蠕變現象，進而MCFC采用了Ni-Cr或Ni-Al合金等作陽極的電催化劑。加入2%~10%Cr的目的是防止燒結，但Ni-Cr陽極易發生蠕變。另外，Cr還能被電解質鋰化，并消耗碳酸鹽，Cr的含量減少會減少電解質的損失，但蠕變將增大。相比之下，Ni-Al陽極蠕變小，電解質損失少，蠕變降低是由于合金中生成了。

2、陰極

熔融碳酸鹽燃料電池的陰極催化劑普遍采用氧化鎳。其典型的制備方法是將多孔鎳電極在電池升溫過程中就地氧化，而且部分被鋰化，形成非化學計量化合物，電極導電性極大提高。但是，這樣制備的NiO電極會產生膨脹，向外擠壓電池殼體，破壞殼體與電解質基體之間的濕密封。改進這一缺陷的方法有以下幾種：

（l）Ni電極先在電池外氧化，再到電池中摻Li;或氧化和摻Li都在電池外進行；

（2）直接用NiO粉進行燒結，在燒結前摻Li，或在電池中摻Li:

（3）在空氣中燒結金屬鎳粉，使燒結和氧化同時完成；

（4）在Ni電極中放置金屬絲網（或拉網）以增強結構的穩定性等等。

參考文獻：

[1].毛宗強等 《燃料電池》 化學工業出版社2005.[2].馬欣.王勝開.陳國順 《燃料電池設計與制造》 電子工業出版社 2008.07 [3].肖德.《燃料電池技術》 電子工業出版社 2009.01 [4].巴戈茨基(Vladimir S.Bagotsky)、孫公權、王素力、姜魯華《燃料電池:問題與對策》 人民郵電出版社

第二篇：燃料電池技術

燃料電池技術

發 展 動 態

北京天恒可持續發展研究所

2000年7月

目錄

為開發生物質燃料電池，ERC在中國建立合資企業.........................................................................3 通用電氣公司和PLUG POWER公司將提供住宅用燃料電池..........................................................3 燃料電池機車比傳統電氣化鐵路的經濟性更好嗎？...........................................................................3 09/15/98Texaco公司說：“傳統”石油公司將被淘汰。

休斯敦-據路透社報道，Texaco主席兼首席執行官Peter Bijur在出席在休斯敦召開的世界能源理事會第17次會議上發表這番評論說：“傳統石油公司的日子已經屈指可數了，其中一個原因是諸如燃料電池的先進技術不斷涌現。”“我相信我們正在與傳統石油公司共度最后時光”，Bijur說。他認為當前石油工業面臨的壓力來自于新的運輸技術，例如用燃料電池驅動運輸車輛，而不再使用汽油，以及那些據Bijur預計“將對自然資源加強控制”的國家。他預測，未來的石油公司提供更多的專業技術，而不是在新地方開采石油。Bijur說：“一個石油公司的價值將不再是其儲量的價值，而是其技術的價值。”

Energy Partners公司發布其第一個燃料電池組

Energy Partners公司最近向燃料電池研究開發市場介紹了其研制的NG2000型先進質子交換膜(PEM)燃料電池組，并向Virginia Tech公司提供了NG2000-20燃料電池組，這個電池組的功率為20千瓦，將安裝在混合動力汽車(HEV)上。Energy Partners公司的質子交換膜燃料電池技術和Virginia Tech公司的混合動力汽車將參加1999年6月美國能源部的未來汽車的挑戰展示會。該燃料電池公司還宣布將提供5千瓦、10千瓦和20千瓦的型號以滿足燃料電池測試、開發和示范項目的需求。Energy Partners公司希望在明年早些時候推出新型的NG2000可變燃料電池組。(BUSINESS WIRE: 10/15)

Edison Technology Solutions對燃料電池與燃氣輪機聯合發電系統進行示范 洛杉磯-Edison Technology Solutions是Edison國際公司的一個下屬單位，4 也是南加利福尼亞Edison公司的母公司。上個星期三，該公司宣布他們研究開發成功功率為250千瓦的聯合發電站。公司說這個發電站將把燃料電池和燃氣輪機結合在一起。這種發電站的成本比單純的燃料電池系統低，而效率是單純的微型燃氣輪機的兩倍。Edison Technology公司總裁Vikram Budhraja在說明中說：“最根本的改變在于發電過程，原有的規模效益被制造效益取代。”他還說，由于效率提高意味著燃料成本降低并能夠防止價格波動，同時排放減少將減輕當地的關注程度，小規模的發電站將能夠吸引大批的用戶。該公司宣布第一個發電站由200千瓦增壓固體氧氣燃料電池和50千瓦使用天然氣為燃料的燃氣輪機組成，并將于1999年中期安裝在加利福尼亞大學。(C)Reuters Limited 1998.東芝和UTC聯合開發燃料電池技術

東芝公司將與美國的聯合技術公司(UTC)合作開發用于電動汽車的小型燃料電池。這兩個公司已經在美國建立了合資企業，并希望在2003年以前能夠實現商業化。新公司為國際燃料電池公司，其90%的股份由飛機零部件制造商UTS掌握，其余部分由東芝公司掌握。兩公司宣布這個建于康涅狄格州的合資企業在2000年以前將開發功率為50千瓦的小型節能燃料電池。東芝公司和UTC已經合作開發了用作工廠或辦公樓發電機的200千瓦燃料電池。早時候的公司還為美國國家航空和宇宙航行局提供了航天飛機上使用的燃料電池。東芝公司說未來10年內燃料電池驅動汽車市場的年銷售額預計將達到8,000億日元(55億美元)。據稱，新型燃料電池的效率為汽油發動機的兩倍。(ASIA PULSE: 8/2)

福特、Ballard和戴姆勒-奔馳成立新合資公司

福特、Ballard和戴姆勒-奔馳三家公司公布了其聯合企業的新名稱和標志，這個聯合企業將為燃料電池汽車的汽車開發動力傳動系統。去年4月，福特、Ballard動力系統和戴姆勒宣布建立全球聯盟，旨在成為在全世界范圍內領先的燃料電池驅動轎車、卡車和大客車的動力傳動系統和配件的生產商，Ecostar是 5 那時建立的兩個企業之一。新的合作企業將為電池驅動和混合動力汽車開發先進的電力驅動系統，以及非汽車方面應用，如固定式的發電站。公司宣布他們的目標是建立生產這些配件的基地并最終實現商業化生產。福特是Ecostar公司的主要持股人，而Ballard擁有21%的股份，戴姆勒-奔馳擁有17%。DDB燃料電池發電機GmbH公司是合資企業中的第二個，主要持股人是戴姆勒-奔馳公司，而Ballard和福特分別擁有27%和22%的股份。DDB公司負責開發燃料電池系統。福特、Ballard和戴姆勒-奔馳三家公司一共已經為聯盟投資超過7億美元，其中福特公司投入4.2億美元的現金、技術和資產。該公司宣布其目標為在2004年之前使燃料電池動力系能夠支持燃料電池汽車的商業化生產。(FORD RELEASE: 8/6)

殼牌公司計劃開發氫技術

殼牌(英國)有限公司的主席兼首席執行官Chris Fay說，殼牌(英國)有限公司支持對氫作為運輸燃料的開發，并已經決定投入資金對氫驅動汽車技術進行研究。Chris Fay 說：“殼牌公司已經與其它公司合作建立了專門研究氫生產和新型燃料電池技術的發展機會的氫經濟研究小組。”他還說：“我們相信氫燃料電池驅動的汽車很可能會在2005年之前進入歐洲和美國的汽車市場”。“在殼牌公司，我們確信，氫與液化氣類似，代表著明天的燃料。”德國寶馬汽車公司也同意殼牌在支持氫作為替代推進系統的首選燃料的立場。寶馬公司已經示范了一個自動化加注高度冷卻液氫的加油站。ZEVCO 報紙評論說：“殼牌石油公司正在開始其應用于運輸行業的氫氣供應和銷售的業務。”“這標志著氫不再僅僅是一種工業氣體，也將成為(運輸)燃料，而且隨著生產成本降低，大規模生產也將呼之欲出。”(HART'S EUROPEAN FUELS NEWS: 8/5)

殼牌公司和戴姆勒-奔馳汽車公司聯合研究氫驅動電動汽車

殼牌公司最近宣布將與戴姆勒-奔馳公司的一個子公司合作開發新一代氫燃料汽 6 車。殼牌公司希望利用DDB燃料電池發電機GmbH 中采用的燃料電池新技術把氫氣轉化為電能并用于未來的電動汽車中。這兩個公司在聲明中說：“結果將是汽車既具有燃料電池動力所帶來的環保優勢，又能夠方便地在已有的加油站中添加燃料。”殼牌公司正在試驗把DDB燃料電池與本公司的可以把液體燃料轉化為富氫氣體的催化劑部分氧化技術相結合。殼牌公司相信燃料電池可以象汽油和柴油一樣驅動發動機，而且排放和噪音都很小。殼牌公司說：“戴姆勒-奔馳公司已經開發了使用車載氫氣為燃料的汽車和使用在汽車內部甲醇轉化的氫氣為燃料的汽車。”(REUTERS: 8/17)

美國通用汽車公司與Ballard動力系統公司簽訂協議

作為正在進行的燃料電池驅動電動汽車的研究開發項目的一部分，通用汽車公司最近為Ballard動力系統公司提供了價值70萬美元的協議。Ballard公司總裁Firoz Rasul 說：“Ballard公司珍視與通用汽車公司目前的關系，購買燃料電池測試設備和相關服務表明通用汽車公司對燃料電池汽車的一貫興趣和貢獻。”Ballard公司的燃料電池可以把天然氣、甲醇或氫燃料在不經過燃燒的情況下轉化為電能，在過程中不產生任何污染排放。(BALLARD RELEASE: 8/14)

電力公司建設歐洲第一座質子交換膜燃料電池發電站

四個德國電力公司和一個法國電力公司將于明年在德國柏林建設歐洲第一個質子交換膜燃料電池發電站。這座250千瓦的發電站將在1999年下半年安裝，并預計在安裝另一套熱電聯產設備后馬上開始發電。發電站將由法國GEC Alsthom公司的德國子公司Alstom Energietechnik建設和安裝，法國GEC Alsthom公司在今年早些時候與Ballard發電系統公司建立了伙伴關系。另外，漢堡的HEW公司，漢諾威的PreussenElektra公司，柏林的VEAG公司和Bewag公司，法國巴黎的Electricite公司也將參加這個項目。這個投資417萬美元的項目將建在原東德所屬柏林的Treptowq區的一個熱力發電站旁邊。根據HEW公司提供的信息，歐盟將負擔項目總投資額的40%。Bewag公司說在歐洲其它 地區也將建設燃料電池發電站。這個公司說，五個電力公司將“鼓勵在示范項目框架內的燃料電池開發”，在柏林的這個項目是多公司合作研究的第一個項目。(HYDROGEN & FUEL CELL LETTER: SEPTEMBER 1998)

NABI將引進燃料電池公共汽車

北美公共汽車工業(NABI)宣布其將在明年向公眾展示新一代用先進材料建造并由天然氣燃料電池驅動的輕型公共汽車。預計于明年5月在美國面世的燃料電池公共汽車將包括長度為40英尺的低頂公共汽車、45英尺長的長途汽車，和長度為30英尺的低頂混合動力公共汽車，這些型號都由使用壓縮天然氣為燃料的燃料電池來驅動。(NATURAL GAS FUELS: SEPTEMBER 1998)

燃料電池汽車－下一代 競賽正在繼續。全世界的汽車生產商都在開發無污染排放的新型發動機。燃料電池發動機技術看起來處于領先地位。美國通用汽車公司的全球替代推進中心主任Byron McCormick說：“在所有技術之中，燃料電池汽車看起來是最有發展前途的，很有可能成為下一代批量生產的汽車。”戴姆勒-奔馳汽車公司和通用汽車公司的燃料電池汽車都使用液體甲醇為燃料，把甲醇轉化為氫氣并通過燃料電池發電來驅動汽車。另外，兩種汽車都有車載制氫設備和電池。豐田汽車公司及其競爭對手本田汽車公司都計劃在2003年之前把燃料電池汽車投放市場。汽車生產商一致認為氫燃料電池汽車的性能與傳統汽車近似，但是效率更高，而且沒有污染排放。但是，燃料電池的成功將取決于其成本。戴姆勒-奔馳汽車公司的發言人說：“我們的目標是在2004年能夠把成本可以與柴油機汽車相競爭的燃料電池汽車商業化。我們發現消費者不愿意為環保原因而支付額外費用，他們的決定取決于成本。”(REUTERS: 9/17)

日本公司開發燃料電池汽車

利于環保的先進技術汽車的未來應該包括燃料電池，尤其是當燃料電池變得更小、效率更高時。世界上的汽車制造商準備最早在2004年推出燃料電池汽車，8 日本Asahi 化學工業公司和日產汽車公司取得的技術進步將使燃料電池汽車成為現實。燃料電池汽車技術所面臨的挑戰包括尺寸和效率。一般來說，當燃料電池的尺寸縮小到適合于汽車時，其動力輸出只有汽油發動機的一半。Asahi化學工業公司與Dow化學公司合作，已經開發出一種方法能夠把燃料電池的單位體積發電功率提高一倍。這種技術利用了改進的電極材料，而且對單個電池的測試表明一個小的電池組可以提供與傳統汽油發動機相等的動力。日產汽車公司開發了一種當置于電極之間可以加快燃料電池內化學反應的特殊聚合膜。這種膜幾乎可以把氫離子的運動速度提高一倍，這樣就可以把燃料電池的總體尺寸降低，而又不犧牲動力輸出。另外，Asahi化學工業公司與Noguchi研究所合作已經發現了解決一氧化碳雜質問題的辦法，即使一氧化碳的濃度只有100ppm，燃料電池動力輸出也會降低一半。公司已經開發成功了可以把用于發電的氫氣中一氧化碳雜質完全消除的特殊催化劑。(ASIA PULSE: 9/24)

Medis El公司將獲得燃料電池技術

Medis El有限公司最近宣布其子公司將從兩個以色列科學家那里獲得極其先進的用于移動電話、傳呼設備和計算機、并最終能夠應用于汽車的燃料電池技術。如果一切順利，這兩個發明家及其助手將獲得Medis El有限公司這家子公司的30%股份。發明者之一，Mikhael Khidekel在前蘇聯開發并生產了高導電性聚合體(HECP)。他還開發了一種新型的據稱延展性極好的高導電性聚合體,使用這種材料可以降低燃料電池中電極設計和生產的重量和體積。Medis El公司說，另一個發明者Gannady Finkelstein開發了可以大幅度降低鉑涂層材料但又能夠保持高質量的燃料電池電極電鍍過程。公司表示要采用其在以色列航空工業(IAI)開發的航天密封技術方面的科學知識來解決燃料電池泄漏的問題。燃料電池將在Medis El公司的主要持股人以色列航空工業擁有的工廠進行開發。Medis El公司主席Robert Lifton說：“為開發應用于電動汽車、家庭和其它用途的燃料電池已經投入了上億美元，我們相信Khidekel教授和Finkelstein工程師開發的高導電性聚合體和先進的電鍍技術加上Medis El公司的自身能力將有助 于燃料電池在所有這些方面應用的發展。” 聯系人: Robert Lifton, Medis El, 電話：212-935-8484.(MEDIS EL RELEASE: 9/28)

APCI公司和HCI公司開發氫氣加油站

氣體產品和化學有限公司(APCI)與氫氣開發有限公司(HCI)合作，為芝加哥的燃料電池公共汽車示范項目設計并建設了氫氣加油站。這個燃料添加系統包括接收、儲存、壓縮和氣化液氫的燃料準備系統和用于向公共汽車上的合成燃料箱添加氣體氫氣的傳遞系統。為盡可能地降低泄漏，在可能的情況下使用焊管系統取代螺紋連接系統。操作人員選擇盡可能高的加注壓力，而且加注系統要確保不能夠超過燃料箱的壓力和溫度限制。這種系統還具有許多自動的超壓關閉開關和減壓閥門。為確保公共汽車不發生移動，輪胎要固定在凹槽中，而且司機必須拉緊汽車的手剎車。如果其它系統不能夠保持汽車固定，脫逃雙重關閉裝置可以作為一種安全措施。到目前為止，加油站在示范期間運行良好。項目中的所有三輛公共汽車都可以在15分鐘內完成燃料添加。聯系人: APCI, 電話：610-481-8336.(THE CLEAN FUELS REPORT: SEPTEMBER 1998)

通用汽車公司向公眾展示燃料電池驅動的面包車

通用汽車公司在上周的巴黎汽車展上展示了燃料電池版的Zafira面包車，這表明其已經進入了燃料電池載客汽車市場。致力于燃料電池技術商業化的獨立非盈利組織Fuel Cells 2000的執行主任Bob Rose說：“我們為通用汽車公司的最新成果向他們表示祝賀。”通用汽車公司已經在燃料電池用于運輸用途進行了幾十年的工作。但是Zafira面包車使這一概念成為入門關注的焦點。這輛由通用汽車公司在歐洲的子公司歐寶公司生產的面包車由以甲醇轉化的氫氣為燃料的50千瓦質子交換膜燃料電池驅動。通用汽車公司稱這輛車“幾乎完全不排放氮氧化物，二氧化碳排放量只相當于汽油發動機的一半”。而且，通用公司還稱這輛燃料電池汽車的駕駛范圍與常規汽車相似。Rose說：“在燃料電池汽車尚處于發展階段時，通用汽車公司加入到載客汽車競賽令人興奮，而且意義重大，也使人確信燃料電池汽車是下一代汽車的有力競爭者。”通用汽車公司稱，他們計劃在2004年前完成可以商業化的燃料電池汽車。聯系人：Fuel Cells 2000, 電話：202-785-9620，傳

真

：

202-785-9529，網

址

：

http://www.tmdps.cn.(FUEL CELLS 2000 RELEASE: 10/1)

豐田汽車公司和戴姆勒-奔馳汽車公司討論環境問題

據來自東京的消息，日本豐田汽車公司和德國戴姆勒-奔馳汽車公司將就合作開發下一代有利于環保的汽車和零配件回收技術進行談判。這將是豐田公司和戴姆勒-奔馳公司首次建立這種關系。自8月份來說，兩家汽車公司已經在德國和日本進行了工作級會談。根據日本的消息，兩家公司在環境問題將是引導未來全球汽車市場的決定因素方面持有一致意見。預計這項運動將有助于為汽車生產建立與環境相關的技術的全球標準。兩家公司研究了讓通用汽車公司加入協議的計劃。通用汽車公司和豐田汽車公司已經聯合開發了電動汽車的電池充電裝置。但是有消息稱，通用公司加入改協議的計劃已經被取消了。豐田公司已經開始批量生產利于環保的混合動力電動汽車和低排放直燃汽油發動機。戴姆勒-奔馳公司正在與福特汽車公司聯合開發下一代燃料電池電動汽車，這將使戴姆勒-奔馳公司與豐田公司進行直接競爭。(KYODO: 10/8)

H Power公司從NIST獲得316萬美元資金

H Power公司最近宣布其從商業部下屬的國家標準和技術研究所(NIST)獲得316萬美元資金，用于H Power公司及其合資伙伴Epyx/Arthur D.Little 有限公司進行的以丙烷為燃料的燃料電池動力系統項目。H Power公司首席執行官H.Frank Gibbard說：“我們非常高興國家標準和技術研究所能夠認識到我們的建議可以應用于很多用途，并作出回應。” “在國家標準和技術研究所的先進技術計劃下，H Power公司和Epyx/Arthur D.Little 有限公司將開發以廉價并容易獲得的丙烷為燃料驅動燃料電池的技術。這項技術將使燃料電池在通訊后備電源方面及其它工業或生活用途完全實現商業化。”為替代通訊應用中的充電電池和其它動力來源，H Power公司要制造尺寸與谷物箱相近的燃料電池，重量僅14磅。以丙烷為燃料的燃料電池的使用壽命預計是相同重量的電池的4倍。公司希望燃料電池在通訊行業中的成功可以帶動燃料電池在其它方面的應用，包括緊急動力設備、小型海陸車輛推進系統和手提式發電機。(H POWER RELEASE: 11 10/8)

通用汽車公司可以使用卡迪拉克汽車作為燃料電池平臺

通用汽車公司最近宣布其正計劃使用其豪華汽車－卡迪拉克牌轎車來開發技術先進而且有利于環保的動力系統。燃料電池驅動的發動機是被考慮的先進技術之一。公司希望卡迪拉克可以率先成為環保型汽車。通用公司稱其正在向對成本不很關心的消費者介紹可以降低對汽油的依賴程度的高技術發動機。通用公司認為卡迪拉克汽車的購買者與通用公司其它品牌汽車的購買者相比，對價格比較不敏感。另外，公司相信卡迪拉克汽車的購買者將愿意為成為第一批使用不對環境產生危害的先進技術而支付稍多的費用。燃料電池把氫氣轉化為電能來驅動汽車，而水蒸汽是唯一的副產品。(EV WORLD: 10/14)

日本日產汽車公司計劃在2005年以前實現燃料電池汽車商業化

日產汽車公司最近宣布其計劃在2003年到2005年間開始銷售以甲醇為燃料的小型燃料電池驅動的汽車。燃料電池由加拿大的Ballard動力系統公司開發。(ASIA PULSE: 9/2)

倫敦展示新型燃料電池出租汽車

Zevco公司制造的氫燃料出租汽車采用了Zevco公司的子公司Elenco公司為有人駕駛太空應用開發的技術。原型車由通過混合空氣中的氧氣和車載壓縮燃料箱中的氫氣來工作的燃料電池來驅動。(FINANCIAL TIMES: 7/30)12

第三篇：微生物燃料電池講稿

大家好，大家一想到細菌可能會覺得不舒服，但是隨著生物技術的發展表明，這些小家伙對我們是分外友好的，比如我今天展示的主題是關于微生物發電方面，即利用微生物將有機物中的化學燃料能直接轉化成電能。大量研究證明，微生物發電是很有潛力的。

這是我今天展示的四個部分，首先是細菌發電的技術原理，（以電池為例）

一種利用微生物將有機物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作原理是：在陽極室厭氧環境下，有機物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到陰極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與質子結合成水。

與其他類型燃料電池類似，微生物燃料電池的基本結構為陰極池和陽極池。根據陰極池結構的不同，MFC 可分為單池型和雙池型2 類;根據電池中是否使用質子交換膜,也可分為有膜型和無膜型2 類;根據電子傳遞方式的不同，又可分為直接型和間接型2 類。（其中單池型MFC 由于其陰極氧化劑直接為空氣，因而無需盛裝溶液的容器;無膜型燃料電池則是利用陰極材料具有部分防空氣滲透的作用而省略了質子交換膜。直接型MFC 采用的產電細菌具有將氧化產生的電子傳遞到陽極的能力。）

這張圖是傳統微生物燃料電池的結構圖，這一張圖上大家可以看到細菌在這個流程中的作用。

但是細菌并不是只有靠著電極才可以發電，但是科學家發現有些可以產生電流的細胞如地桿菌在細胞外長有長長的、纖細的絲。試驗證明細菌的這些細長的絲是它們純天然的“電線”，實現細菌遠距離發電。

常見產生電流的菌種：希瓦氏菌，鐵還原紅育菌，硫還原泥土桿菌

這種電池的原料廣泛，可以是糖類，包括葡萄糖以及果糖、蔗糖，甚至從木頭和稻草中提取出來的含糖副產品的木糖等，都可以充當細菌發電的原料。細菌發電所用的糖完全可以用諸如鋸末、桔稈、落葉等廢有機物的水解物來替代，也可以利用分解化學工業廢物如無用聚合物來發電。

重金屬，利用重金屬做為原料，是指利用一種能去除地下鈾污染物的細菌來發電。科學家們破解了這種能吞噬金屬的地下細菌的基因圖譜，稱它有100多個基因能夠使金屬發生化學變化，使之產生電能。這種地下細菌的基因組中有100個或更多的基因，能編碼不同的C型細胞色素，還具有能來回移動電子的蛋白質。這種細菌能在深層地下水中產生電能，這比先前預計的清潔環境的用處更大。

有機污水，利用生活污水發電設備也可以發電，它是利用在淡水池塘中常見的一種細菌來連續發電的。這種細菌不僅能分解有機污染物，而且還能抵抗多種惡劣環境。節省能源，有利環保。科學家說，利用這種污水發電機，將會有那么一天，能使從馬桶沖下去的穢物成為家中照明用電的來源。

啤酒廢料，在中國和泰國曾經有過把稻谷和甘蔗的廢料制造成能源的案例。同樣的程序或許可以用于開發釀酒的廢料，而且制造的能源還能用于釀酒。釀造啤酒消耗的能源很多，先要用熱水和蒸氣煮原料，然后用電使其冷卻。濕谷物和廢水倒入酵桶中，發酵桶裝了可以分解有機化合物的細菌，這樣就可以制造沼氣，然后把發酵桶中產生的沼氣和干煤泥用于燒水和生產高壓力的蒸氣，而這又能推動渦輪發電。

接下來是發展歷史，1786年，意大利醫生及物理學家伽凡尼在青蛙腿上發現了“動物電” , 從而把電與代謝過程聯系了起來。

1910年英國植物學家馬克?皮特首先發現有幾種細菌的培養液能夠產生電流。于是他以鉑作電極，放進大腸桿菌或普通酵母菌的培養液里，成功地制造出世界上第一個細菌電池。波特爾直覺地認識到, 這種微生物燃料電池的電子是由微生物的食物降解產生的。他無法用當時僅僅屬于想象的代謝過程的生化原理來解釋他的實驗結果。但當時的科學界并沒有因此而畏縮不前。后來, 微生物學家和酶學象南明了細菌中的酶是如何氧化其食物的。那時波特爾的微生物燃料電池己基本被遺忘了。

1913年，劍橋大學的柯恩復活了波特爾的思想。他記述了微生物燃料電池的電池組產生3 5伏以上電壓的情況。

本世紀六十年代，美國國象航空和航天管理局曾支持許多生物電的研究計劃, 如把有機垃圾轉化為電流的方法。

直到宇航世紀的來臨和出現一石油圓乏, 才重新引起對這一課題的注意。1984年，美國科學家設計出一種太空飛船使用的細菌電池，其電極的活性物質是宇航員的尿液和活細菌。不過，那時的細菌電池放電效率較低。

2002年后，隨著直接將電子傳遞給固體電子受體的菌種的發現，人們發明了無需使用電子傳遞中間體的微生物電池，其中所使用的菌種可以將電子直接傳遞給電極。

MFC技術的應用前景正在不斷拓展中。例如，將MFC陽極插入海底(河底、湖底)沉積物中,陰極置于臨近海水中，則可收集到天然的、由微生物代謝產生的海底電流,這可為各類海洋監測儀器提供電源.此外，MFC技術還可用于生物修復,例如在有高濃度有機物污染的地點(如石油污染),可置入MFC陽極完成對有機物的氧化。

應用領域，替代能源，隨著工業經濟的發展、人口的劇增、人類欲望的無限上升和對自然資源無節制地大規模開采，全球能源消費急劇增加。這不僅使世界能源供應面臨嚴重危機，而且二氧化碳的過度排放導致全球氣候變暖，對人類社會的可持續發展構成嚴峻挑戰。微生物發電細菌工藝也會產生二氧化碳等對空氣造成污染的物質，但與使用礦物燃料所排出的廢氣相比，它對全球變暖的危害要低得多，在某種程度上可以是被稱作清潔能源的。而且在死海和大鹽湖里找到一種嗜鹽桿菌，它們含有一種紫色素，在把所接受的大約10%的陽光轉化成化學物質時，即可產生電荷。科學家們利用它們制造出一個小型實驗性太陽能細菌電池，結果證明是可以用嗜鹽性細菌來發電的，用鹽代替糖，其成本就大大降低了。由此可見，讓細菌為人類供電已不是遙遠的設想，而是不久的現實。

污水處理，以有機污水為燃料、回收利用污水中有機質的化學能-一直是MFC 研究中的主要目的,但在研究中,對于MFC處理后污水水質的監測結果使研究人員對以MFC 工作原理為基礎，開發新的污水處理工藝產生了濃厚興趣。2004 年，研究發現，直接用以空氣為陰極的MFC處理生活污水，COD 去除率達到80%。值得注意的是,MFC 在厭氧降解有機物的同時，污水PH 保持中性，且溶液中沒有常規厭氧環境發酵產生的CH4和H2等。因此，MFC 可以作為污水的常規處理手段，去除率可以達到與一般厭氧過程同樣的效果，但MFC 不會使污水水質發生酸化，也不會產生具有爆炸性的危險氣體，因此具有很好的開發前景。

微生物傳感器，BODS被廣泛用于評價污水中可生化降解的有機物含量，但由于傳統的BOD測定方法需要5天的時間，因此,出現了大量關于BOD 傳感器的研究,以MFC 工作原理為基礎的BOD傳感器的研究也是研究人員關注的焦點。利用MFC 工作原理開發新型BOD傳感器的關鍵在于:1電池產生的電流或電荷與污染物的濃度之間呈良好的線性關系;2電池電流對污水濃度的響應速度較快;3有較好的重復性。

惡劣環境能量供應，細菌發電也可用于其他環境條件下，比如在充電條件困難以及成本高的情況下。使用這項技術為監視過往船只及潛艇的水下擴音器和聲吶提供動力。通過這項技術，動物糞便或污水等含有碳水化合物的廢物，都能為電冰箱和爐子提供電力，可以為生活在偏遠地區的人帶來幫助。

航天領域，飛向宇宙是技術發展方向的必然方向，宇宙是人類未來的主要資源來源。目前載人飛船上天，宇航員在太空飛行中的排泄物要被帶回地球。如果有朝一日人類能踏上火星，那么往返火星與地球之間就需要四年的時間。粗略估算，在此期間，6名宇航員將會“制造”出6噸多的排泄物垃圾。這些廢物垃圾該如何處置呢？日前科學家正在研究出利用“泥菌”屬微生物將這些太空垃圾變廢為寶。即讓“泥菌”屬微生物“吃下”人類的排泄物，產出來電能。

最后就是科學家們對這種技術的展望了，實現微生物的大規模發電，應對能源危機，也可以降低國家對產油國的依賴。食物喂養機器人，可以最大限度的放開機器人的自主權，未來的微型機器人行星探險家將采用有效而可靠的微生物燃料電池，無需科學家進行干預。

飛向太空，可以實現宇宙飛船就地取材，實現太空中能源自給自足。不過微生物燃料電池是一項新興技術，沒有大規模應用，還需要很長一段時間才能走向成熟。

第四篇：鎢電極行業淺析

鎢電極具體起源于哪里，我就不多說了，因為這個我也不知道，但是，我知道，現在很多工業流程中已經少不了這一焊接器材。

鎢電極種類很多，不過目前市面上及使用中，釷鎢電極和鈰鎢電極還是使用最多的，原因無他，紅頭釷鎢雖然有少量的放射性污染，但是現在的國民經過三聚氰胺啊有毒膠囊啊明膠啊地溝油啊什么的早已練就百毒不侵，區區一點放射性污染當然是毛毛雨啦，據我所知，目前國內鎢電極生產商在發貨時基本會將放射性污染考慮在內，但是對經銷商卻沒有起到有效的引導作用，反而是前一陣紅頭釷鎢的原料之一“硝酸土”產能跟不上，導致釷鎢出貨量大幅下降，但是價格卻一路高漲，而且就算是產能恢復了以后，上游原材料供貨商依然控制價格，導致釷鎢的價格下降的很慢。

鎢電極作為工業焊業焊接器材中的一種，其實地位是很尷尬的，說他是焊材吧，有人還說這個屬于電工電氣，說他是電工電氣類別的，它還確實有焊接的作用。這種焊材在焊接時不燃燒不熔化卻有燒損，總的來說，也屬于耗材的一種。

中國的鎢極生廠商群體不算很大，卻供應著世界上很多國家的正常使用，而且，這個東西雖然看似神秘，進入門欄卻也很低，買些設備就可以投入生產，因此一些急于發財的人陸續進入這個行業，掙錢沒有錯，但是這些人卻是以掙錢為目的，不管產品質量優劣，一味以價格取勝，使得整體行業水平參次不齊，經銷商賣這個，卻也不是每個人都備著一臺鎢極無損探傷儀，誰給的供貨價格低誰就是有奶的娘，一切向錢看，殊不知，這樣也是害了自己。

相對于國內的經銷商來說，國外來的客戶就要文明有素養的多，不是我崇洋媚外，在很多方面，我們確實是遠遠不如人家的，同樣的產品，供給國外客戶的貨就要好的多。以前總說中國人賣東西，一等品賣歐美和日本，二等品賣印度等周邊國家，三等品賣自己，這是為什么，是因為我們自身對于產品的質量檢驗標準放的很低。中國人愿意吃地溝油嗎?都知道地溝油怎么做出來的，可是誰愿意吃那些動物腐爛的肝臟熬出來的油呢，但是這時候就有一匹專家跳出來說了，目前還沒有有效的手段檢測地溝油和正常的食用油的區別，這說明了什么呢？是說專家收了錢了還是水平不夠高，還是我們平常吃的食用油其實也是地溝油呢？這個道理拿到鎢極上來也是可以用的，中國已經是世界工廠，既然是世界工廠，出貨當然是走量的，走量的貨理所當然質量不用像“范思哲”一樣追求高質量的僅此一件了，因為，供給國內的貨，除非經銷商特殊要求，一般是發三等品的，就算是經銷商的特殊要求，他也是拿來做出口的。

我在百度搜了搜，所有關于鎢電極行業的文章都是技術文章，紙上談兵而已，能不能用的上還兩說，工業制品是冷冰冰的，卻不代表整個行業也是死氣沉沉的，在這個行業中，有一個生廠商很特別，不是我偏愛，淄博邁科焊接器材有限公司確實會讓你刮目相看，這個生產商很年輕，充滿了青春的朝氣，年輕的團隊，年輕的領導者，創新的思維，卻又有過硬的質量。今年，年輕的邁科還搞了一個“邁科質量年”，號稱要與行業內任何一家企業比質量，這確實很振奮人心，也許有一天，這個年輕卻又蓬勃發展的企業會實現他們的口號：為全球鎢電極領域提供最有價值的產品和服務，致力于提升行業高度，推動工業文明進步。

原創文章，請勿轉載。

第五篇：燃料電池材料及其儲能技術

燃料電池材料及其儲能技術

姓名：李浩杰

學號：2014050101018

摘要：出于對環境友好、高轉換效率、高功率、高能量密度的能源技術的需求，世界各國紛紛開展對于性能優良的燃料電池的研究。其研究重點主要集中在四個方面：電解質膜、電極、燃料、系統結構。其中又以前三個為熱點。目前，由于在燃料大規模制備上的困難以及其在工作時需要的一些昂貴的貴金屬，燃料電池大規模商業應用受到一定限制。關鍵字：燃料電池、電解質膜、儲能

一、燃料電池原理

燃料電池是一種使用燃料進行化學反應產生電能的裝臵。所用的燃料主要包括氫氣、甲醇、乙醇、天然氣、汽油以及一些含氫有機物。氫氣可以直接作為燃料電池的燃料，其他氣體一般需要處理為含氫氣的重整氣。由于其燃料來源廣泛，發電后產生純水和熱，能量轉換效率高達80%~90%，對環境無污染，所以廣泛受到各國科學家的關注，被認為是繼火電、水電、核電之后的第四代發電方式。

燃料電池的工作原理圖如上所示。在陽極，氫氣與堿中氫氧根的在電催化劑的作用下，發生氧化反應生成水和電子：

電子通過外電路到達陰極，在陰極電催化劑的作用下，參與氧的還原反應：

生成的氫氧根通過多孔石棉膜遷移到氫電極。

為保持電池連續工作，除需與電池消耗氫氣、氧氣等速地供應氫氣和氧氣外，還需連續、等速地從陽極（氫電極）排出電池反應生成的水，以維持電解液濃度的恒定；排除電池反應的廢熱以維持電池工作溫度的恒定。

容易看出，與其他電池相比，燃料電池內部并不儲能，它只是高效地將從外部源源不斷通入的燃料轉換成電能，所以，它更像是一個微型的發電站。

二、燃料電池發展歷程

1、國外

1839年，格羅夫發表世界上第一篇關于燃料電池的報告。初期的燃料電池使用氣體為氧化劑和燃料，但因為氣體在電解質溶液中溶解度很小，導致電池的工作電流密度極低。后來，多孔氣體擴散電極和電化學反應三相界面概念的提出以及實際材料的突破，使燃料電池具備了走向實用化的必備條件。

60年代，由于載人航天器對于大功率、高比功率與高比能量電池的迫切需求，燃料電池開始引起一些國家與軍工部門的高度重視。其典型成果為阿波羅登月飛船上的主電源—培根型中溫氫氧燃料電池。

70~80 年代，由于出現世界性的能源危機和燃料電池在航天上成功應用及其高的能量轉化效率，促使世界上以美國為首的發達國家大力支持民用燃料電池的開發，進而使磷酸型及熔融碳酸鹽型燃料電池發展到兆瓦級試驗電站的階段。

20世紀90年代以來，出于可持續發展、保護地球、造福子孫后代等目的，基于質子交換膜的燃料電池開始高度發展。特別是在電動車行業，世界上所有的大汽車公司與石油公司均已介入燃料電池汽車的開發。

總的來說，燃料電池主要經歷了經歷了第1代堿性燃料電池（AFC），第2代磷酸燃料電池（PAFC），第3代熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）后，在20世紀80年代迅速發展起了新型固體氧化物燃料電池(SOFC)。

2、國內

中國燃料電池的研究始于1958年。

1970年前后,開始了燃料電池產品開發工作并在70年代形成了燃料電池產品的研制高潮。主要開發項目是由國家投資的航天用堿性氫氧燃料電池,該產品的研制目標是為了配合中國航天技術發展計劃的一個項目。

到70年代末,由于總體計劃的變更而中止。但與該項計劃實施的同時,一些由地方政府投資與使用部門合作的應用堿性燃料電池項目也進行了開發，只是尚未形成應用。

80年代初、中期,中國燃料電池的研究及開發工作處于低潮。

進入90年代以來,在國外先進國家燃料電池技術取得巨大進展,一些產品已進入準商品化階段的形勢影響下,中國又一次掀起了燃料電池研究開發熱潮。

三、幾種燃料電池簡介

1、分類

（1）按燃料電池的運行機理可分為酸性燃料電池和堿性燃料電池。

（2）按電解質的種類不同，燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池等。在燃料電池中，磷酸燃料電池、質子交換膜燃料電池可以冷起動和快起動，可以作為移動電源，滿足特殊情況的使用要求，更加具有競爭力。

（3）按燃料類型分，有氫氣、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然氣等氣體燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有機液體燃料。有機液體燃料和氣體燃料必須經過重整器“重整”為氫氣后，才能成為燃料電池的燃料。（4）按燃料電池工作溫度分，有低溫型，工作溫度低于200℃；中溫型，工作溫度為200～750℃；高溫型，工作溫度高于750℃。

上圖為幾種常見燃料電池各種性能，應用環境的簡單對比，現主要以電解質分類形式介紹幾種常見的燃料電池。

2、質子交換膜燃料電池

質子交換膜燃料電池是最接近商業化的一種燃料電池，最有希望作為未來電動汽車的發動機。在各種燃料電池中，它的工作溫度是最低的，也是目前發展規模最大的一種。

上圖為典型的單結質子交換膜燃料電池結構。由質子交換膜、催化層、氣體擴散層、密封圈、雙極板等關鍵部件組成。通常以全氟磺酸型質子交換膜為電解質膜，用Pt/C或者PtRu/C作為催化劑。以陰陽極催化劑層和電解質膜所組成的三合一組件統稱為膜電極，是 它的核心部件。

實際應用的燃料電池電站是一個很復雜的系統，它包括燃料供應、氧化劑供應、電池反應、水熱管理等多個子系統。

它的工作原理是是氫氣和氧化劑分別由燃料電池的陽極和陰極流道進入電池內部，經過氣體擴散層后到達電極催化層。陽極側的氫氣在催化劑的作用下，解離成氫離子和電子，氫離子穿過質子交換膜到達陰極側，電子則經過外電路形成電流后到達陰極；在陰極催化劑的作用下，氧氣接受質子和電子生成水分子，在整個過程中，外電路的電子流動形成電流。

目前限制質子交換膜燃料電池進入商業化的最主要原因是成本和壽命兩大問題，尋找和開發新型材料成為解決這兩大問題、推進商業化進程的必然選擇，也是質子交換膜燃料電池近些年來的研究重點和熱點。

3、熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）在高溫下工作（約 650℃），可以利用排氣余熱和燃氣輪機混合發電，發電效率通常高達50%以上，,可用多種燃料(如天然氣和煤)，不需要用鉑等貴重金屬作為催化劑，有望應用到中心電站，工業化或商業化聯合發電，是目前燃料電池研究的主流之一，上圖為平板式熔融碳酸鹽燃料電池單體結構示意。它由電極-電解質、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成。目前,MCFC的主要技術問題已經基本解決。美國、日本等正在進行十萬瓦和兆瓦級的實用演示試驗,預計距商業化為期不遠。

4、固體氧化物燃料電池

固體氧化物燃料電池是20世紀八九十年代燃料電池研究的成果，該燃料電池具有諸多優點。比如避免了使用液態電解質所帶來的腐蝕和電解質流失等問題，反應迅速，無須貴金屬催化劑，能量利用率高達80%以上，燃料廣泛，可以承受較高濃度的硫化物和CO的毒害，因此對電極的要求大大降低。基于此，目前世界各國都在積極投入SOFC技術的研發。

上圖為固體氧化物燃料電池的工作原理圖。它主要由陰極、陽極、電解質和連接材料組 成。在陽極和陰極分別送入還原、氧化氣體后，氧氣在多孔的陰極上發生還原反應，生成氧負離子。氧負離子在電解質中通過氧離子空位和氧離子之間的換位躍遷達到陽極，然后與燃料反應，生成水和二氧化碳，因而形成了帶電離子的定向流動。

四、燃料電池的應用

1、航天領域

早在上個世紀60年代，燃料電池就成功地應用于航天技術，這種輕質、高效的動力源一直是美國航天技術的首選。比如，以燃料電池為動力的 Gemini宇宙飛船1965年研制成功，采用的是聚苯乙烯磺酸膜，完成了8天的飛行。后來在Apollo宇宙飛船采用了堿性電解質燃料電池，從此開啟了燃料電池航天應用的新紀元。

中國科學院大連化學物理研究所早在70年代就成功研制了以航天應用為背景的堿性燃料電池系統。A型額定功率為 500 W，B型額定功率為 300 W，燃料分別采用氫氣和肼在線分解氫，整個系統均經過環境模擬實驗，接近實際應用。這一航天用燃料電池研制成果為我國此后燃料電池在航天領域應用奠定了一定的技術基礎。

2、潛艇

燃料電池作為潛艇AIP動力源，從2002年第一艘燃料電池AIP潛艇下水至今已經有6艘在役。FC-AIP 潛艇具有續航時間長、安靜、隱蔽性好等優點，通常柴油機驅動的潛艇水下一次潛航時間僅為 2天，而FC-AIP潛艇一次潛航時間可達3周。

3、電動汽車

隨著汽車保有量的增加，傳統燃油內燃機汽車造成的環境污染日益加劇，同時，也面臨著對石油的依存度日益增加的嚴重問題．燃料電池作為汽車動力源是解決因汽車而產生的環境、能源問題的可行方案之一。燃料電池汽車示范在國內外不斷興起，較著名的是歐洲城市清潔交通示范項目。

4、固定式分散電站

污染重、能效低一直是困擾火力發電的核心問題，燃料電池作為低碳、減排的清潔發電技術，受到國內外的普遍重視。比如PAFC電站的代表性開發商UTC Power 公司已經開發出了400 k W 磷酸燃料電池發電系統；PEMFC電站的代表性開發商Ballard 公司開發出了 250 k W ～ 1 MW的示范電站。