燃料电池将化学能转化成什么的化学能转换效率在理论上可达多少?

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-09-15 10:39 标签： 燃料电池将化学能转化成什么

关于氢氧燃料电池的教学实验 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的发电装置，这种装置工作时，人们向它源源不断地提供燃料，同时获得持续不断的电能输出。科学家们预言，燃料电池将成为下个世纪获得电力的重要途径。氢氧燃料电池将氢气和氧气反应时的化学能直接转为电能。它具有能量转换效率高、污染小等优点。一种10W～20W的碱性H2—O2燃料电池已成功地用于航天飞行。 为了使中学化学教学紧跟当今科技发展的步伐，激发学生对于化学科学的学习兴趣，培养他们的动手能力，我们设计了中学化学教学活动中演示用的氢氧燃料电池实验，可供中学化学活动课实践中的学生操作和教师的课堂演示。 1实验目的 使学生了解燃料电池的工作原理，熟悉并操作教学演示用的氢氧燃料电池。 2实验原理 氢氧燃料电池工作时，氢分子首先在电极催化剂钯作用下离子化，再与氧起反应生成水。具体的电池反应可表示如下： Eθ=0.401–（–0.828）=1.229V 由于该反应的 所以，该种燃料电池的理论效率为： 本实验为碱性氢氧燃料电池，采用30％～40％KOH溶液为电解液，Pd粉为催化电极，在常温下工作。电池的优点是氧在碱液中的电化学反应速率比酸性液中的速率大。理论上，可有较大的电流密度和输出功率。 3实验仪器和药品 仪器和材料：烧杯、量筒、电磁搅拌器、滤纸、H型管（自制）、细铜棒两根、细玻管两根、橡皮管、螺旋夹两个、长U型塑料管、双孔塞、三孔塞、电压表、毫安表、电阻（20Ω）、计时表 药品：二氯化钯（PdCl2）、细铁丝网、6 mol/L盐酸、30％氢氧化钾溶液、蒸馏水、氢气、氧气 4实验步骤 （1）按图1 搭好装置。双孔塞与三孔塞都各带有一细铜棒（作为电极与外电路相连）、一细玻璃导管（通入气体）；注意三孔上有一塑料管应伸入H型管底部（外与带刻度的量筒相连接）；检验装置气密性。 （2）电极的制备 ①二氯化钯溶液的配制：称取0.3g二氯化钯放入500 mL大烧杯中，加入300 mL水。该溶液用电磁搅拌器搅拌60 min～90 min，直至二氯化钯全部溶解，溶液由开始的浑黄色转变为红褐色。 ②取两块长30cm、宽10 cm细铁丝网，用6 mol/L盐酸浸泡处理，以除去表面的铁锈及其他杂质，取出后先用自来水冲洗，再用蒸馏水清洗后，放入二氯化钯溶液中再浸泡20min，最后溶液呈黑色。 ③将处理后的铁丝网用吸水纸吸干，各与一张滤纸一同卷成层状圆柱体。 （3）将上述与滤纸一同卷成层状圆柱体的铁丝网作为电极分别装入自制的H型管的左右管中，塞上橡皮塞，注意使铜电极与铁丝网相接触。 （4）向装置中加入浓氢氧化钾溶液（本实验中用30％氢氧化钾水溶液）作为电解液，待充满后，用螺旋夹夹紧A处和B处两橡皮管。 （5）用启普发生器制取氢气，通过A皮管缓慢地将氢气充入H型管的左管，根据被排入量筒的氢氧化钾的体积数使充入氢气的量约为40mL。 （6）将氧气袋中氧气充入H型管的右管中，同样根据被排入量筒中的氢氧化钾体积数使氧气的充入量约为20 mL。 （7）在一定时间间隔下，用电压表测开路电压；再用电压表和毫安表测量接有一定负载（本实验中为20Ω）时的电压与电流。注意及时记录实验数据。 5实验结果与讨论 （1）开路电压随时间变化的U-T图，见图2。本实验中连续测量历时65h35 min；电压范围：0.427V～0.940V，变化幅度0.503V。 从图2可以看出，第8h到第65 h之间电压变化不大（0.916V～0.940V），前8h变化较大（0.437V～0.929V）。将前8h的U-T图进行放大，得到图3。 从图3可见，自制的氢氧燃料电池在2h后电压即达到稳定状态。可见该实验中的氢氧燃料电池在开路情况下电压稳定性好，从一个侧面说明了电池低的自放电速率。 （2）给燃料电池接上负载（20Ω），持续放电共5h37min。此间电压降低0.262V（0.438V～0.176V），电流变化为（19.8 mA～8.01mA），降低11.8mA，见图4。 燃料电池是一种连续的发电装置，发电过程中应不断地向电池中加入燃料（H2）和氧化剂（O2）。我们为了教学中演示的方便，采取了一次加入燃料和氧化剂的方法，故放电曲线不很理想。 （3）关于催化电极 用金属钯（Pd）做催化电极制成的用于教学的氢氧燃料电池具有以下优点：到达稳定的开路电压时间短，开路电压稳定时间长，电压值较高。但由于二氯化钯价格较高，实际的学生活动课实践中可用二氯化镍（NiCl2）代替，但建议用量放大一些。用镍做催化电极时，实验测得最高电压大约稳定在0.70V左右，电压从开始时的约0.15V上升到0.70V大约需20h，同时电压稳定时间也较短。

中国环保在线 清洁能源

出货量将为15.39MW，未来燃料电池市场将持续增长，到2021年中国燃料电池出货量或将达20MW。近10 年来，燃料电池的成本控制一直是研究机构和实业界最重要的目标之一，国产化和规模化都显著提速。

　　燃料电池基本概况分析

　　燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。主要由正极、负极、电解质和

组成。常用的燃料除氢气外还有甲醇、联氨、烃类及一氧化碳等。氧化剂一般为氧气或空气。电解质常见的有磷酸、氢氧化钾、熔融碳酸盐及离子交换膜等。

　　燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装臵。不同于传统内燃机的是，燃料中的化学能不是通过燃烧，而是通过电化学反应释 放，因而具有高效率、零排放的优势。燃料电池主要分为六种类型，其中 PAFC、DMFC、PEMFC这三种类型使用铂系金属

燃料电池主要分类统计情况

数据来源：公开资料、前瞻产业研究院整理

　　中国燃料电池市场需求量巨大

　　据前瞻产业研究院发布的《燃料电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》最新统计数据显示，2015年中国燃料电池出货量为10.5MW，同比增长14.1，出货量首次超10MW。预计2018年中国燃料电池出货量将为15.39MW。未来燃料电池市场将持续增长，预计到2021年中国燃料电池出货量将达20MW。预计到了2035年中国燃料电池出货量将达到35MW。

年中国燃料电池出货量统计情况及预测

数据来源：前瞻产业研究院整理

　　各类型燃料电池出货量统计分析

　　PEMFC是目前最主要的燃料电池类型，2016年出货量 占全部燃料电池出货量的71.93%，兆瓦出货量占全部燃料电池出货量的65.02%。三种使用铂系催化剂的燃料电池出货量合计占总出货量的75.46%，兆瓦出货量占总出货量的74.80%。

年各类型燃料电池出货量统计情况(单位：千件)

数据来源：公开资料、前瞻产业研究院整理

　　燃料电池行业成本构成

　　工业化和商业化的绝大多数问题都可以归结到成本之上，燃料电池亦不例外。近10 年来，燃料电池的成本控制一直是研究机构和实业界最重要的目标之一。孜孜不倦的努力也取得了回报，基于2013年的技术水平，在年产 50000套的规模下，车用80kW 功率的PEMFC燃料电池成本降低到55美元/kW(请注意上述各种约束条件!)，较之 2002年的275美元/kW 下降了80%，距离2017年30美元/kW 的目标仅数步之遥(对此需要指明两点：其一，30美元/kW 的成本在2008年左右还是2015年计划实现的目标;其二，2012年成本估算曾经低至47美元/kW，但基于更严格的热排放指标和最新的Pt 金属价格，这一估算在2013年被调高了)。

年燃料电池成本变化情况(单位：美元/kW)

数据来源：公开资料、前瞻产业研究院整理

　　燃料电池行业发展方向与趋势分析

　　燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物，代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池汽车的几个制约因素考虑进来，则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时问尚不具备商业化的条件。最乐观的预测，以纯氢为燃料的燃料电池汽车的商业化生产至少还需15年以上的时问，即使在一定程度上实现了商业化，也会是以一种高成本的方式。

　　重点投资质子交换膜燃料电池新材料的研发和生产

　　质子交换膜燃料电池是最接近商业化的一种燃料电池， 最有希望作为未来电动汽车的发动机，近几十年来取得了长足的发展。 年，单是小型电源领域，全世界已经有超过15万套燃料电池交付使用，总功率超过了15MW，其中96%是质子交换膜燃料电池。在交通领域中，质子交换膜燃料电池因为最有希望成为未来电动汽车的发动机而受到广泛关注，全球几乎主要的汽车生产商都在致力于燃料电池汽车的开发。

　　但质子交换膜燃料电池的大规模商业化还面临成本和寿命两大问题，积极开发新材料是解决这两大问题的必经之路， 也是目前质子交换膜燃料电池投资的重点。

　　重点投资直接甲醇燃料电池的研发和生产

　　直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种将化学能连续不断地转化为电能的可再生清洁能源，具有能量转化效率高、运行安全方便、发电时间持久等优点，特别适合作为笔记本电脑、电动自行车等便携式中小型化电源或充电电源使用，自 20世纪60年代初问世以来，已迅速发展成为国际高新技术竞争中的重要热点之一。。预计未来直接甲醇燃料电池研究将不断取得新成果，发展潜力巨大。

　　重点投资燃料电池汽车的研发和生产

　　从长远来看，氢能作为最洁净、高效的新能源，已经引起全世界的广泛关注。燃料电池汽车以其零尾气排放和对能源的独立性，有望实现汽车工业长期梦寐以求的目标，并向世人展示了其良好的应用前景，虽然短时间内难以大规模商业化，但我国在燃料电池技术开发上仍然拥有一定的优势，应当结合外国先进的汽车制造技术，争取尽快将燃料电池汽车推向市场，因而具有广阔的投资潜力。

　　燃料电池产业国产化提速

　　燃料电池物流车运营采取租赁模式切实可行。在燃料电池物流车产业，物流车运营商具备资金优势，向整车厂购置燃料电池物流车，然后再将物流车租赁给终端用户，依靠终端用户运营达到2万公里里程获取补贴。我们认为租赁模式良好的结合了物流车运营商的资金优势和终端用户的运营优势，是燃电池产业推行的可行路径。

　　燃料电池物流车再部署1000辆是燃料电池商业化成功的证明，也是产业发展的一小步。燃料电池物流车具备高载重、长续航和加氢时间快等优势，同时因为环保具备路权优势，非常适用于城际配送和支干线运输场景。在当前国家和地方补贴的基础下，燃料电池物流车全生命周期经济性优于燃油物流车，随着经济性的显现，燃料电池物流车运营规模会持续扩大。

　　燃料电池产业国产化与规模化提速，成本下降速度可应对未来补贴退坡。电堆产业国产化率迅速提升，在质子交换膜、膜电极和双极板方面，国内企业都实现量产，不少企业也切入铂金催化剂环节;空压机环节，国内企业也实现突破;储氢系统方面，国产储氢瓶普遍达到35MPa，并在研70MPa。我们认为随着燃料电池产业发展，成本下降速度可观，燃料电池物流车相对燃油物流车经济性可以持续保持。

原标题：燃料电池行业发展前景广阔 国产化与规模化提速 

我要回帖

更多关于 燃料电池将化学能转化成什么 的文章

 

随机推荐