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一.燃料电池简介
1.定义
燃料电池(FuelCells)是一种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置,能量转化率高。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。由于在能量转换过程中,几乎不产生污染环境的含氮和硫氧化物,燃料电池还被认为是一种环境友好的能量转换装置。由于具有这些优异性,燃料电池技术被认为是21世纪新型环保高效的发电技术之一。随着研究不断地突破,燃料电池已经在发电站、微型电源等方面开始应用。
2.基本结构
燃料电池的基本结构主要是由四部分组成,分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。通常阳极为氢电极,阴极为氧电极。阳极和阴极上都需要含有一定量的电催化剂,用来加速电极上发生的电化学反应,两电极之间是电解质。
图1.燃料电池基本结构示意图
3.分类
目前燃料电池的种类很多,其分类方法也有很多种。按不同方法大致分类如下:
(1)按运行机理来分类:可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池;
(2)按电解质的种类来分类:有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质;
图2.燃料电池分类详细介绍
(3)按燃料的类型来分类:有直接式燃料电池和间接式燃料电池;
(4)按燃料电池工作温度分:有低温型(低于200℃);中温型(200-750℃);高温型(高于750℃)。
4.原理
燃料电池的工作原理相对简单,主要包括燃料氧化和氧气还原两个电极反应及离子传输过程。早期的燃料电池结构相对简单,只需要传输离子的电解质和两个固态电极。当以氢气为燃料,氧气为氧化剂时,燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为:
阳极:H2→2H++2e-
阴极:1/2O2+2H++2e-→H2O
总反应:H2+1/2O2→H2O
其中,H2通过扩散达到阳极,在催化剂作用下被氧化成和e-,此后,H+通过电解液到达阴极,而电子则通过外电路带动负載做功后也到达阴极,从而与O2发生还原反应(ORR)。
图3.燃料电池原理示意图
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全固态锂离子电池具有高安全性同时可以提高电池能量和功率密度,实现具有长循环寿命的高性能全固态电池的当前挑战包括:由Li枝晶形成和通过固体电解质(SE)的渗透导致的短路以及由SE/电极界面处的SE分解引起的电池阻抗的增加。虽然已经进行了大量工作来改善固态电解质(SE)材料的Li+导电性,但是将它
可充电锂离子电池的目标是建立一种高能量密度,长循环稳定性,高倍率并安全运行的电池体系。这些目标可以通过探索新的电池材料或优化现有的电池组件来实现。为了促进电子和离子的迁移,研究者们引入了纳米级电极颗粒的概念,使活性颗粒能被电解液充分浸润。然而,纳米级颗粒的直接引入会导致能量密度的
富士通株式会社和日本理化学研究所最近公布,他们的联合研究小组在材料设计中应用第一原理计算与人工智能技术,对全固态锂离子电池的固体电解质组成做了预测、合成与评价试验,并进行了实际验证。结果证明,即使在较少数据下,通过与人工智能方法结合,仍可高效地找出最佳材料组成,大幅提高材料开发速
材料基因组是近年来兴起的材料探索方法,其研究的关键是实现材料研发的“高通量”,即并发式完成“一批”而非“一个”材料样品的计算模拟、制备和表征,实现系统的筛选和优化材料,从而加快材料从发现到应用的过程。在锂电池中,从改善安全性的角度考虑,全固态锂电池被公认为未来二次电池的重要发展方
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另外,TrulsNorby表示,也无需担心SOFC的安全性。由于采用了全固态电池结构,可以避免使用液态电解质所带来的腐蚀和电解液流失,避免由于高温所产生的爆炸风险。不仅如此,SOFC工作时产生的大量余热,还可以配合热汽轮机实现热废气有效利用,提高发电系统的效率。
9月16日,中共中央政治局常委、国务院副总理韩正16日在北京以视频方式出席2021世界新能源汽车大会并发表致辞。韩正表示,当前新能源汽车已进入加速发展新阶段,既面临重大机遇,也面临技术、市场等诸多挑战。要坚持创新驱动,充分发挥企业的创新主体作用,加快突破关键核心技术,攻克燃料电池技术瓶颈,加快车用芯片、操作系统等关键技术研发和产业化。
近年来我国燃料电池领域相关专利申请数量逐年上升,2021年1月至今新增专利申请数量更是占据了全球新增数量的80%以上。
韩国现代汽车集团(HyundaiMotorGroup,HMG)将与现代重工集团旗下的现代全球服务公司(HyundaiGlobalService,HGS)、韩国船级社(KR)开展共同合作,开发船用氢燃料电池系统并实现商用化,为韩国造船产业今后进军全球环保船舶市场打下基础。
沃尔沃集团首个专用型燃料电池实验室的公开,标志着其在2040年前实现无化石的宏伟目标上已取得重大进展。作为公司对"基于科学"的承诺一部分,这项开创性的实验室投资将为沃尔沃集团提供在建筑施工重型机械和其他应用端的测试与开发,为专用型氢燃料电池技术解决方案提供独特的技术支持。
最新消息,总部位于亚琛的出行方案提供商AEDrivenSolutionsGmbH(AEDS)已与EKPO燃料电池技术有限公司(EKPOFuelCellTechnologiesGmbH)签署了一份合同,EKPO将在未来数年独家供应NM5-evo型燃料电池电堆,该订单总金额预计高达数千万欧元。
2021年5月10日,TüV北德助力重塑股份获得荷兰交通部(简称“RDW”)工厂检查证书以及针对PRISMAVI镜星六燃料电池系统产品的电磁兼容(EMC)认证(简称“ECER10”)双证书,标志着重塑股份在生产一致性管理以及燃料电池产品技术要求方面已达到欧盟标准。
据德国《商报》报道称,与越来越多的卡车制造商一样,汽车零部件供应商博世(Bosch)在氢燃料电池卡车上押下了重注。
近日,“十四五”氢能产业发展论坛在京顺利开展。在论坛上,国家能源局监管总监李冶在开幕致辞时指出,目前正在研究编制的《能源技术创新“十四五”规划》中,已经将氢能及燃料电池技术列为“十四五”期间能源技术装备的主攻方向和重点任务。
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