燃料电池的具体介绍及在摩托车上的使用

一、何为燃料电池

燃料电池是一种不通过焚烧而以电化学反响方法将燃料的化学能直接变为电能的发电设备，亦即通过氧与氢结组成水的简略电化学反响而发电。它的品种能够多种多样，但都依据一个根本的规划，即它们都含有二个电极，一个负阳极和一个正阴极。这二个电极被一个坐落它们之间的、带着有充电电荷的固态或液态电解质分隔。电极上的催化剂（如白金），常用来加快电化学反响。只要向燃料电池不断供应燃料，就能够在电极上接连发作电化学反响，并发作电流。单个燃料电池块的电压小于1V，因而要将多个燃料电池组合在一起，制成电池堆，并依据电压和电流的需求将电池堆进行串联或并联，以发作满足的电力。　

二、燃料电池的一起长处及展开前景

燃料的电池具有传统铅酸电池无与伦比的一起优越性，高功率、无污染、低噪声、建造周期短、易保护以及本钱低是其诱人特色。　　

首先是它的高功率。从理论上讲，燃料电池可将燃料能量的90%转化为可运用的电和热。实践上，直接甲醇燃料电池的发电功率现已到达40%，磷酸燃料的电池的发电功率挨近46%；熔融碳酸盐燃料电池的发电功率也超越60%；固体氧化物燃料电池与汽轮发电机联合运用，其功率更高，能到达70%。如此高的发电功率能够说是前所未有的。

其二，具有杰出的环保效益。近年来，跟着国际轿车的出产量和保有量的急剧增加，其排放污染物占大气污染物的50%以上，其间CO、HC、NOX和挥发性有机物是影响空气质量的首要杀手，可导致臭氧层损坏，是温室效应的最首要本源，现已成为损害人体健康的“元凶巨恶”，全国际人们对其均“疾恶如仇”，各国都纷繁公布愈来愈严厉的法规予以操控。因而，处理环境污染问题的要害是要从根本上处理动力结构问题，研讨开发清洁动力，而燃料电池正好契合这一环保需求。燃料电池中的氢气是仅有直接运用的燃料，它和氧气在铂催化剂的触发下发作电化学反响，其反响的副产物是水，简直不发作其它有害物质，将其运用到轿车上，完全能够到达“零排放、零污染”。它不仅是轿车最有出路的代替清洁动力，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯体系、中小规划电站、家用电源，又十分合适供应移动、涣散电源和挨近终端用户的电力供应，还能处理电网调峰问题，商场前景十分宽广。　　

其三，据专家猜测，21世纪中、下叶国际石油资源将面对干涸，以石油产品为燃料的现代轿车行将面对“饥饿”和“逝世”的要挟。而燃料电池能够用天然气、石油液化气、煤气、煤、生物质和醇类等作为燃料。这些燃料的储存量大，有些还能够再生（如生物质、醇类），现已成为处理这一国际难题的重要途径之一。　　

纵观全球，现在国际上简直一切发达国家都在燃料电池的研讨和开发上投入巨资和人力，燃料电池技能现已成为国际高技能竞赛中的热门和攫取未来商场的杀手锏，越来越遭到研讨、产业界的高度重视，将引发21世纪新动力与环保的绿色革命。美国将燃料电池技能列为触及国家安全的技能之一，《年代》周刊将燃料电池电动轿车列为21世纪10大高技能之首；日本政府以为燃料电池技能是21世纪动力环境范畴的中心；加拿大方案将燃料电池展开成国家的支柱产业。近十年来，国外政府和企业在燃料电池方面的投资额超越100亿美元。为开发燃料电池，戴姆勒－克莱斯勒公司一家近年来每年就投入10亿美元，丰田公司的年投资额超越50亿日元。美国矿藏动力部长助理克·西格尔说：“燃料电池技能在21世纪上半叶在技能上的冲击影响，会类似于20世纪上半叶内燃机所起的效果。”能够幻想，假如燃料电池真能在轿车上遍及运用，那么“污染”将会成为一个悠远的名词。

三：燃料电池在摩托车的运用　　

开发燃料电池摩托车，实践上是对其中心技能——燃料电池的研制。氢气是仅有在燃料电池中直接运用的燃料，可是自然界中并没有氢气资源，只能从其它动力如天然气、液化石油气、汽油、柴油、煤、生物质及醇类中，用各种途径出产出来。但也不是一切途径都可行，其本钱也不低。尤为重要的是至今还无法打破技能瓶颈，其燃料液态氢的制取、存储、运送和增加是天大的难题。因而，寻求能够代替氢气直接用于燃料电池的其它燃料，然后下降燃料电池体系的体积和造价，是燃料电池摩托车研讨的要点。实验证明，甲醇是现在较为抱负的代替燃料。因为，甲醇燃料只生成二氧化碳和水，而且甲醇是最简略的液体有机化合物，在商场上有完好的出售网络，储存安全、带着方便。一起，因为摩托车的功率只须1.5～3kw，将直接甲醇燃料电池用在摩托车上是完全可能的。因而，人们对直接甲醇燃料电池十分感兴趣。　　
直接甲醇燃料电池不需甲醇重整而直接作为燃料。甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，好像规范的质子交流膜燃料电池相同，氢再与氧反响。在电极上的这些反响如下：　

阳极反响：CH3 OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-
　　阴极反响：O2 + 6H+ + 6e- → 3 H2O
　　电池反响：CH3OH + O2 → CO2 + 2 H2O　　

这种电池的希望作业温度为120℃，比规范的质子交流膜燃料电池略高，其功率大约是40%左右。其缺陷是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比惯例的质子交流膜燃料电池需求更多的白金催化剂。不过，这种增加的本钱能够因方便地运用液体燃料和勿需进行重整便能作业而相形见拙。　　

现在，直接甲醇燃料电池技能现已获得打破。我国在中科院“九五”严重运用展开项目和吉林省运用展开项目的支持下，长春应化地点国内首先展开了“直接甲醇燃料电池要害资料及其制备技能”项目的研讨作业。2000年该项目在直接甲醇燃料电池阳极催化剂方面的研讨作业成效显著。日前，由长春应化所、北京科技大学、清华大学、北京工业大学、南京师范大学一起组成的国家“863”直接甲醇燃料电池要害资料及其制备技能项目组，在要害资料新式质子交流膜，阳极及阴极催化剂、电极/膜集合体、双极板等多方面研讨获得发展的基础上，成功地组装成20W级的组合电池——10个单电池组合的电池堆。其单体电池功能为：在80℃～90℃下400mV时电流密度可达150mA/cm2～200mA/cm2；在中温时400mV下电流密度可达100mA/cm2～150mA/cm2，到达20世纪90年代末的国际水平，在国内处于领先地位。他们改进了直接甲醇燃料电池的要害资料——新式质子交流膜和催化剂，电池结构选用电路串联、物流并联的方法，催化剂中白金的含量进一步下降到1mg/cm2～4mg/cm2，电池寿数显着延伸，最佳作业状况时电池堆发电电压2.0V，电流为10A，能够不间断地驱动许多电器设备工作。现在，该效果已请求6项我国发明专利，1项美国发明专利。

2004年头，日本雅马哈公司宣告成功试制出了装备直接甲醇式燃料电池（DMFC）的摩托车。现在，第一批燃料电池摩托车正在雅马哈公司实验场进行实验，可是还要通过1年才干批量出产。关于燃料为何挑选了甲醇而不是轿车制造商所用的氢，该公司表明：“因为氢燃料电池体系的分量和体积均较大，在摩托车上装置紧缩氢油箱十分复杂和不安全，因而关于摩托车运用的功率不超越1kW的电池体系选用直接甲醇方法更好一些”。该车功率为500w，质量为20kg，最高速度为40km/h。燃料箱储存浓度为50%的甲醇水溶液，在实践发电时，运用燃料电池发电反响所发作的水，把甲醇水溶液稀释到3%往后再运用。增加一次燃料（油箱可装5L甲醇）摩托车可行进200km。往后雅马哈公司计划将摩托车质量削减到10kg，并给燃料电池附加一个锂离子蓄电池以改进发动和加快功能。

综上所述，从国际燃料电池迅猛展开的气势看，本世纪头十年将是燃料电池技能商品化、产业化的重要阶段，其技能实用性、出产本钱等都将获得严重打破。高功率、环保型燃料电池轿车的产业化、商品化必将成为不行阻挠的大趋势。