燃料動力電池研究

燃料動力電池的發(fā)展

燃料動力電池是一個獨立的發(fā)電廠。它的出現(xiàn)和發(fā)展基于電化學(xué)、電催化、電極過程動力學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)過程和自動化。自1839年格羅夫發(fā)表世界上第一份有關(guān)燃料動力電池的報告以來，已經(jīng)過去了160多年。從技術(shù)角度看，我們認識到新概念的出現(xiàn)、發(fā)展和完善是燃料動力電池發(fā)展的關(guān)鍵。例如，燃料動力電池以氣體作為氧化劑和燃料，但氣體在液體電解質(zhì)中的溶解度很小，導(dǎo)致電池的工作電流密度很低。因此，提出了多孔氣體擴散電極和電化學(xué)反應(yīng)三相界面的概念。多孔氣體擴散電極的出現(xiàn)為燃料動力電池的實際應(yīng)用供應(yīng)了必要的條件。為穩(wěn)定三相界面，采用雙孔結(jié)構(gòu)電極，在電極上加入具有疏水性的材料，如聚四氟乙烯，制備成鍵合疏水電極。為燃料動力電池固態(tài)電解質(zhì)膜,如質(zhì)子交換膜燃料動力電池和固體氧化物燃料動力電池,為了建立一個三相電極接口,離子交換樹脂或固體氧化物電解質(zhì)材料混合到electrocatalyst實現(xiàn)三維電極。

材料科學(xué)是燃料動力電池發(fā)展的基礎(chǔ)。一種性能優(yōu)良的新材料的發(fā)現(xiàn)及其在燃料動力電池中的應(yīng)用將推動燃料動力電池的快速發(fā)展。例如，石棉薄膜的發(fā)展及其在堿性電池中的成功應(yīng)用，保證了石棉薄膜堿性氫氧燃料動力電池在航天飛機上的成功應(yīng)用。熔融碳酸鹽中穩(wěn)定偏鋁酸鋰分離器的研制，加速了熔融碳酸鹽燃料動力電池兆瓦級實驗電站的建設(shè)。隨著氧化釔穩(wěn)定氧化鋯固體電解質(zhì)分離器的發(fā)展，固體氧化物燃料動力電池成為未來燃料動力電池彌散電站的研究熱點。全氟磺酸質(zhì)子交換膜的出現(xiàn)促進了質(zhì)子交換膜燃料動力電池研究的復(fù)興和迅速發(fā)展。

20世紀(jì)60年代以前，由于水力發(fā)電、火力發(fā)電和化學(xué)電池的迅速發(fā)展和進步，燃料動力電池已經(jīng)處于理論和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究階段，重要是有關(guān)概念、材料和原理。燃料動力電池的突破重要是科學(xué)家的工作。20世紀(jì)60年代，由于載人飛船對大功率、高比功率和高比能量電池的迫切需求，燃料動力電池引起了一些國家和特種部門的高度重視。正是在這樣的背景下，美國引進了培根技術(shù)，成功的阿波羅飛船上的重要動力源培根型中溫氫氧燃料動力電池。20世紀(jì)90年代以來，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，保護地球，造福子孫后代，人類越來越關(guān)注環(huán)境保護問題。基于質(zhì)子交換膜燃料動力電池的快速發(fā)展，以其為動力的各種電動汽車已經(jīng)被開發(fā)出來，除了成本高之外，其性能可以與柴油機車相媲美。因此，燃料動力電池電動汽車成為美國政府和大型汽車公司關(guān)注和競爭的焦點。

從投資的角度來看，之前燃料動力電池投資的發(fā)展重要依賴于政府，而現(xiàn)在公司已經(jīng)成為燃料動力電池的發(fā)展，尤其是燃料動力電池電動汽車的投資主體。世界上所有的重要汽車公司和石油公司都參與了燃料動力電池汽車的開發(fā)。在短短幾年的時間里，已投入約80億美元開發(fā)了41種燃油電動汽車，其中包括24種客車、9種城際巴士和3種輕型卡車。今年，美國宣布了一項25億美元的燃料動力電池汽車發(fā)展計劃，其中15億美元來自州政府，10億美元來自三大汽車巨頭。