致 谢 56

参考文献 57

第一章  绪 论

1。1 研究燃料电池的目的

1。1。1 能源现状与燃料电池基础理论

如今环境的问题日渐严重，全世界都在倡导循环经济。环境污染大部分是由能源生产[1]导致。当能源使用过程中反应不完全，产生的尾气[2]例如CO2、SO2、氮氧化物以及重金属严重影响了生态环境，使得生态失衡。因此，一个能源能否做到高效、清洁、环保、高利用率直接影响到一个国家的经济能否有巨大的发展。论文网

以前像蒸汽轮机一样，都是通过燃料燃烧产生化学能，化学能再转化成热能，大量的热量使气体膨胀，然后产生动力，推动蒸汽机移动，使发电机发电。这种过程复杂，耗费时间精力且要添加大量的人力物力财力且排放大量的尾气严重影响了环境，造成空气质量变差。

燃料电池就是一种能减少中间步骤，利用率高且效率高的装置，它可以直接把燃料和氧化剂的化学能转化成电能。它的组成分四个，电解质，连接体[3]，阳极和阴极。这四个部分有各自的分工。阳极产生离子，阴极产生电子，电解质用来电解出离子，连接体用来将各个部分连接起来。如图1-1所示，燃料电池就像是一个小工厂，这个是最基本的燃料电池原理图。氢气进入左边的电极被分解成了电子和氢离子，氢离子从电解质层流过，而电子通过导线移动产生电流接通电路使外电路开始工作。在这个过程中，只要停止氧化物[4]和燃料的供应，就不再产生电能，因此燃料电池并不储电而只可以发电。 文献综述

图1-1 燃料电池工作图[5]

1。1。2 评价燃料电池

大型电站规模巨大，它不能单用户建立而只能在一个地方发电燃料通过电网分配给用户。电网输电很不稳定，需要有备用设备还有修建水库发电来适应电网输电的各种变化，减少了效率，且这些设备会排放大量有害物质。燃料电池的好处就在于提高发电效率，满足用户需求。它的综合能源效率达百分之80%，装置可大可小，非常灵活。

燃料电池的优点：

（1）国防安全性；

（2）能源安全性；

（3）燃料多样性；

（4）高效能；

（5）高可靠度供电；

（6）用途广；

（7）环境亲和性好。

 燃料电池的缺点：

（1）燃料电池造价高；

（2）启动性能较差；来.自^优+尔-论,文:网www.youerw.com +QQ752018766-

（3）碳氢燃料无法直接利用；

（4）氢气储存技术有限；

（5）氢燃料基础建设不足。

1。1。3 燃料电池的发展背景

1839年来自英国的Grove[6]首次提到燃料电池，它用了铂黑作为电极催化剂，这个发明引起了很大的轰动。

1889年Mood和Langer改进了燃料电池的电流密度为200毫安每米的平方。

1955年 W。 T。 Grubb[7]和L。 Niedruch把电解质改成一种碳化的聚苯乙烯离子交换膜，但这种膜寿命短。

20世纪70年代到80年代，各种的燃料电池研究开始兴起，引发了燃料电池的又一次改革。