储氢燃料电池的发展状况及关键材料技术.ppt

储氢燃料电池的发展状况及关键材料技术 Contents 能源危机 当今世界开发新能源迫在眉睫 原因是目前所用的能源如石油 天然气 煤 均属不可再生资源 地球上存量有限 而人类生存又时刻离不开能源 随着石化燃料耗量的日益增加 其储量日益减少 终有一天这些资源将要枯竭 能源危机 新能源 节约能源 解决方案 氢燃料电池技术 燃料电池 FuelCell 是一种发电装置 但不像一般非充电电池一样用完就丢弃 也不像充电电池一样 用完须继续充电 燃料电池正如其名 是继续添加燃料以维持其电力 所需的燃料是 氢 其之所以被归类为新能源 原因就在此 氢燃料电池技术 燃料电池的优点1 能源转变效率高2 带噪音3 低污染4 适应性强 燃料多样性5 建设周期短 维护简便 氢燃料电池技术 1 燃料电池燃料 电能2 普通电池燃料 热能 机械能 电能足见燃料电池的效率必将大于普通电池 事实燃料电池效率达到40 80 氢燃料电池技术 燃料成分对燃料电池的影响可见氢作为燃料的优越性 清洁高效新能源 氢 氢能经济重量最轻的元素导热性最好的气体自然界存在最普遍的元素理想的发热值燃烧性能好无毒利用形式多可以多种形态存在耗损少利用率高运输方便 氢燃料电池技术 尽管目前氢主要是由化石燃料经重整反应而来 而在重整改质过程中也会排放二氧化碳 然而用燃料电池把化学能转化成电能的效率高 产生同样多的电能 所消耗的燃料就比较少 排放的二氧化碳自然就少了 氢燃料电池技术 氢燃料电池技术一直被认为是利用氢能 解未来人类能源危机的终极方案 氢燃料电池技术 工作原理 工作原理氢燃料电池本质是水电解的 逆 装置 主要由3部分组成 即阳极 阴极 电解质 其阳极为氢电极 阴极为氧电极 通常 阳极和阴极上都含有一定量的催化剂 用来加速电极上发生的电化学反应 两极之间是电解质 阳极反应阴极反应总反应 氢燃料电池技术 工作原理 电子在外电路形成直流电 因此 只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气 就可以向外电路的负载连续地输出电能 氢燃料电池技术 应用 氢燃料电池技术 发展状况 20世纪60年代 氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域 往返于太空和地球之间的 阿波罗 飞船就安装了这种体积小 容量大的装置 进入70年代以后 随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术 很快 氢燃料电池就被运用于发电和汽车 氢燃料电池轿车加一次氢可跑300多公里 时速达每小时140 150公里 目前氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍 这个价格是市场所难以承受的 波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机 2010年6月30日 山东东岳集团向全世界宣告 我国自主研发的氯碱用全氟离子膜 燃料电池膜实现国产化 历经8年科研攻关 打破了美国 日本长期对该项技术的垄断 氢燃料电池技术 发展状况 一次性加满氢燃料后的最大行驶里程约为240公里 各种氢燃料电池车 通用雪佛兰Equinox氢燃料电池车 氢燃料电池技术 发展状况 这款车搭载最新e flex氢燃料电池驱动系统 通过氢燃料转化成电能作为动力 该车一次续航里程可达483公里 百公里加速仅为8 5秒 上市时间2011年 凯迪拉克Provoq概念车 氢燃料电池技术 发展状况 这是一款全新的2 2多用途CUV车型 搭载氢燃料电池 最大功率达136马力 充满氢燃料后 续航距离能达600公里 它的最高车速为165公里 小时 上市时间2012年 成本高条件苛刻 电解水 裂解化石燃料 分解植物等 安全问题 氢燃料电池技术 关键技术 制备 储存 运输 氢燃料电池技术 关键材料技术 在氢能的利用过程中 氢气的储存和运输是其发展和应用过程中遇到的难点之一 目前主要有三类典型储氢材料 氢燃料电池技术 关键材料技术 金属储氢材料通常是指合金氢化物材料 其储氢密度是标态下氢气的1000倍以上 与液氢相同甚至超过液氢 目前 趋于成熟和具备实用价值的金属储氢材料主要有镁系合金和钛系合金等 近年对于多相储氢合金的研究也取得了许多有意义的成果 氢燃料电池技术 关键材料技术 多孔储氢材料具有储氢压力低 储存容器重量轻 形状选择余地在等优点 成为当前储氢材料开发和研究的热点 作为储氢用多也吸附材料基本上可以分为 碳基多孔材料 非碳纳米管类材料 矿物多孔材料和金属有机物多孔材料 氢燃料电池技术 关键材料技术 有机液态储氢材料储氢是利用该类物质的不饱和键与氢原子间在一定条件下发生一对互逆反应来完成的 即加氢和脱氢反应 通过加氢反应来实现储氢的过程 相反脱氢反应则实现了放氢过程 研究发现一些有机碳氢化合物可大量可逆吸 放氢 且反应高度可逆 具有可长期稳定使用 体积储氢密度高和易于运输等优点 被认为是适合大规模氢能源储存输送的有发展前途的载体之一 小结 能源 资源及环境问题迫切需要氢能源来化解这种危机 但目前储氢材料的研究大多仍处于实验室的探索阶段 主要集中在新材料的发现方面 对材料的规模化或工业化制备还未及考虑 对不同储氢材料的储氢机理也有待于进一步研究 另外 因为每一种储氢材料都有优缺点 且大部分依据材料的性能都有加合性的特点 而单一的储氢材料的性质也较多地为人们所认识 因此认为 应该研制出集多种单一依据材料依据优点于一体的复合储氢材料是未来储氢材料发展的一个方向 ThankYou 特别鸣谢 西北有色金属研究院论文 储氢材料的研究与发展 感谢百度 感谢李彦宏