和瓦楞式等多种结构形成的固体 氧化物燃料电池, 这种燃料电池被称为第三代燃料电池国内大都处于 的基础研究阶段 质子交换膜燃料电池 是继 、 、 、 之后正在迅速发展起来的温度最低、比能最高、 启动最快、寿命最长、应用最广的第五代燃料电池,它是为航天和军 用电源而开发的国内研制具有代表性的是利用 技术积累全面开展 研究;在以聚苯乙烯磺酸膜为电解质的 、/电催化剂制备、表征和 解析方面也进行了广泛的工作 改善燃料电池性能的研究方向 燃料电池的基本课题: ()电催化剂一个燃料电池系统,必须 获得高比效率和高比能量,要获得高效率和高比能量,就必须提高气 态燃料和氧化剂在电极过程中的反应活性即研究和发展高效催化剂 ()电极因燃料电池中大多为气体电极过程,必须用特殊的电极结构 —多孔的气体扩散电极, 以提高电池的比功率现以质子交换膜燃料电 池为例说明 质子交换膜燃料电池( )存在许多的问题:高分子膜在高温时 会分解,故电池必须在较低的温度下工作,而在低温下使用的铂催化 剂接触燃料气体中微量的 就会中毒失效[] ;膜在含水的状态下才能 让质子(氢离子)在膜中移动,故在 中有适当的水分,必须进行 的 催化剂的改进和质子交换膜的性能改良 的基础研究主要包括四个方面的内容: ()质子交换膜的改进 及研究 ; [] () 膜电极结构及制备工艺; () 电催化剂的研究; () 的水管理以及热控制膜的改进: 是 的核心组成部件之一, 的材料 功能应满足()有较高质子传导率; ()气体在膜中的渗透性尽可能 小; ()膜对氧化、还原和水解具有稳定性; ()足够高的机械强度 和热稳定性膜的表面性质适于与催化剂结合,适当的性能/价格比 电极制备:为了降低电极制作成本,研究目的主要是降低电极的 铂含量,提高催化剂利用率电催化剂的研究:在阳极催化剂方面,其 研究重点是甲醇催化氧化剂原因是直接以甲醇必须考虑两个因素, ()寻找可以吸附 基团或促进水氧化分解提供 基团的物质; () 改变催化剂 表面层的结晶结构以增加甲醇及其中的产物的吸附量 [] 除采用甲醇为燃料以外, 由有机物重整产生出的氢气也是燃料来 源之一(如由烃类与水蒸气重整制氢 )这样氢气中常会有有害杂质 所以如何提高阳极对 的容限能力是( )燃料电池应用的首要问题抗 催化剂主要是 与其它金属或过渡金属的合金;多组分催化剂表现出 了非常好的活性,但制备方法和机理研究都比较欠缺,需要进一步探 索有机螯合物催化剂可作为氧还原的电催化剂, 其优良的电催化性能 是由于它能促进 分解,使氧在阳极上按四个电子反应途径进行,从 而使电池的工作电压提高除此以外, 用于阴极氧还原反应的其它新材 料也在开发中,这些新材料开发及研究的目的在于()寻找其它的价 格较低的电催化剂; ()提高 的利用率,降低其用量 燃料电池的发展趋势 上述几类燃料电池是目前公认的最有商品化希望的电池[ ]但 是随着生物技术和电子技术的不断发展, 燃料电池技术也发生了日新 月异的变化,今后的发展趋势如何?笔者认为主要有如下几个方面: 沿生物燃料电池发展方向: 这种电池是用生物原料生产电能即将 生物原料通过反应器转换成燃料气体, 经加工处理后作为燃料电池的 原料,应用于分散电站,供家庭或城市用电;也可转换成 ,用于电 动汽车这种电池的最大优点就是使用时不但不会产生污染, 而且可以 处理一些生活垃圾,美化了环境,这也是很吸引科学家的地方 沿细菌燃料电池发展方向: 燃料电池中另一个亮点是细菌电池其 基本原理是通过细菌发酵,把酸或糖类转化氢气,再将氢导入磷酸燃 料电池后发电美国设计出一种供遨游空用的细菌电池 “巨型化”发展方向:巨型化,不是说增大燃料电池的体积和重 量,而是指增加其工作能力,延长其寿命年代以来,随着世界各国对 燃料电池技术的重视, 燃料电池技术得到了不断的推进和发展其性能 变得更优越, “寿龄”也日益延长燃料电池在 世纪将走向巨型化, 将实现其商业化进程 沿小型化方向发展:燃料电池今后的发展方向除了电动车辆,另 一方向是燃料电池小型化,替代普通电池在膝上电脑,便携式电子器 件等方面的应用 燃料电池的研究开发已有近半个世纪的历史, 取得了相当大的技 术进展,其有效地解决了节能和环保两大难题,并且,市场上已出现 了有关燃料电池的商品因此,作为绿色能源技术的燃料电池,将会在 本世纪得到大普及和大发展 [] 邵志刚, 衣宝廉, 俞红梅再生氢氧燃料电池 化学通报, , [] : []魏子栋,郭学武催化学报[] , ;电化学, , , : : []毛宗强我国燃料电池技术进展[]太阳能学报 特刊 [] [] , : []衣宝廉燃料电池的现状与未来[] , , : () []江义,李文钊,王世忠化学进展[] , : , () []候中军,俞红梅,衣宝廉,韩明质子交换膜燃料电池阳极抗 催化剂的研究进展[]电化学, , ( []黄德成等聚合物膜燃料电池用电催化剂的研究进展[]化学 通报, , : []中科院大连化物所航天氢氧燃料电池系统密 []北京:科 技文献出版社 [ ] [] () :