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燃料电池 从化学能到电能的转化

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2018-08-03 18:20  来源:科普时报  
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  随着世界能源需求日益增长,化石燃料消耗与二氧化碳排放总量急速上升,出现严重的资源和环境问题,清洁、低碳、安全、高效的能源变革成为大势所趋燃料电池,一种发明于1839年的电池技术,在科学家们的不懈努力下得到快速发展,成为人类应对化石能源枯竭和环境污染问题双重挑战的有效途径之一。

  燃料电池是一种将燃料(氢气、甲醇、金属镁/铝/锌等)的化学能直接转化为电能的电化学发电装置,可以采用气体(氢气、天然气等)、液体(甲醇、乙醇等)和固体(金属镁、铝、锌)等作为燃料。它的工作方式与燃油(汽、柴油)发电机一样,燃料储存在电池的外部,因此它没有传统一次/二次电池额定容量的限制,发电容量仅取决于所提供的燃料,只要不断供给燃料就能持续稳定对外发电。从发电原理看,燃料电池没有燃油发电机那样的高温“燃烧”过程,而是通过高效的电化学反应将燃料的能量直接转化为电能。因此,燃料电池兼具传统一次/二次电池和燃油发电机的优点,其发电效率通常为传统燃油发电机的2-3倍,是一种高效的电化学“发电机”,被誉为“21世纪理想的发电技术”,可广泛用作移动电源、动力电源、分布式电站等。

  中科院大连化物所是国内最早开展燃料电池技术的研究机构,从事燃料电池的研究和开发已有逾40年的历史。经过40多年特别是最近几年的快速发展,大连化物所在燃料电池领域有了很好的技术积累和人才储备。大连化物所在上世纪70年代成功研发了两种型号的航天用碱性燃料电池系统。2000年首次将燃料电池动力系统应用于我国第一台燃料电池中巴车,先后在2008年北京奥运会、2009年美国加州燃料电池车示范项目、2010年上海世博会及新加坡世青赛示范应用。近年来,该所开展了燃料电池关键材料、核心部件、系统集成、产品开发、标准制定全链条创新,开发了系列氢燃料电池、甲醇燃料电池和金属燃料电池产品和工程样机,并在国内首次将燃料电池应用于移动电源、无人/有人驾驶飞机动力电源、应急储备电源等,牵头制定了20余项国家标准和行业标准,引领带动了我国燃料电池战略新兴产业的发展。

  当前,在我国大力发展以新能源汽车为代表的新兴技术的时代背景下,燃料电池技术迎来了前所未有的发展机遇。然而,燃料电池的产业化应用仍需解决电池成本、可靠性、耐久性和基础性配套设施等科学技术和产业发展问题,需要科研机构、产业界、政府部门的协力配合不懈努力。

  (作者单位:中国科学院大连化学物理研究所)


(责任编辑:东北科技)

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