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化学新能源论文
摘要:当今世界能源问题是人类所面临的三大问题之一,我国目前正面临着巨大的资源与环境挑战,人均资源匮乏,环境堪忧。随着化石燃料的迅速消耗和环保问题的日益严重, 新能源研究成为全球性的热点研究问题。新能源有别于传统化石能源,具有清洁无污染、安全高效率等优点。而化学新能源是将化学能直接转化成电能,如锂离子电池、燃料电池、电化学电容器等,具有广阔的应用发展前景。本文就化学在燃料电池、储氢材料和太阳能电池材料中的研究和应用进行了述评与总结。
关键词:新能源;燃料电池;储氢材料;太阳能电池材料
引言
20 世纪70 年代以来, 随着化石能源的日渐枯竭和人们对环境污染问题的日益重视, 许多国家都加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。我国国家能源局有关负责人披露,目前,中国水力、核电、风能、太阳能、生物能等可再生能源和新能源产业均实现了高速增长,风力发电装机容量连续三年翻番,总装机容量已位列世界第四;太阳能光伏产业也实现了高速增长,太阳能发电总量位居世界首位。本文通过对化学在燃料电池、储氢材料和太阳能电池材料中某些关键问题的应用和研究现状的介绍, 旨在希望理论化学在能源的存储与转换这个领域中得到更深入的应用。
燃料电池
燃料电池(FC)是将储存于燃料(H2、甲醇等) 中的化学能转化为电能的一种装置, 为William Grove 在19世纪首先提出的, 是人类所知最早的电能转化技术之一; 由于经济、材料等原因, 燃料电池的发展落后于蒸汽机和内燃机。20世纪60年代的太空技术, 特别是美国阿波罗计划, 开启了燃料电池的新时代。近年来, 全球环境保护意识的增强, 极大地促进了燃料电池的发展。根据使用的电解质, 燃料电池有碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(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)、直接甲醇燃料电池(DMFC)等。

燃料电池所共有的特点是:第一,提供能量过程都发生在电极电解质界面上;第二,电子、离子的运输都是分开的;第三,都是由和电解质接触的两个电极构成;第四,对电极和电解质中关于离子和电子传导的要求是相同或相近的。
当然,燃料电池与传统的电化学电池相比,也有其不同的地方。第一,能量存储和转换位置不同:传统电池是封闭体系,传统电池的正负极是电荷转移的介质,正负极本身就是电活性物质,而燃料电池是敞开体系,燃料设在电池外面,能量转换在电池内部。第二,能量和功率密度不同:燃料电池功率密度小,能量密度高,而传统电化学电池功率密度和能量密度都比较适中。
、进展及应用
质子交换膜燃料电池( PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)属于低温燃料电池,都用到稀少而昂贵的Pt-Rh、Pt作为催化剂,氢气作为还原剂,要求要有很高的纯度,催化剂很容易CO中毒,而且它们都用Nafion膜作为隔膜材料。
熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)属于高温燃料电池,不需要Pt-Rh、Pt作为催化剂,而且CO可以作为燃料使用,所用的电解质是腐蚀性很强的碳酸盐,其对阴极、阳极和隔膜的腐蚀是很严重的。
固体氧化物燃料电池(SOFC)也属于高温燃料电池,但它是全固态的,是利用快离子导体作为“电解质”,因此,各部位的密封性是非常关键的