近代化学作业

近代化学课程作业燃料电池技术的发展现状与展望学院（系）：环境学院专业：环境科学与工程学生姓名：张瑜涛学号：21418081完成日期：2014年12月20日大连理工大学DalianUniversityofTechnology近代化学课程作业燃料电池技术的发展现状与展望-1-目录摘要.....................................................................................................................................2Abstract.......................................................................................................................................31引言.......................................................................................................................................41.1当今世界能源现状与环境问题................................................................................41.2燃料电池的产生背景................................................................................................52燃料电池的工作原理及优缺点...........................................................................................62.1燃料电池的工作原理................................................................................................62.2燃料电池的优缺点....................................................................................................73燃料电池的研究现状及应用...............................................................................................73.1燃料电池的研究现状................................................................................................73.2燃料电池的主要应用................................................................................................84燃料电池的前景发展.........................................................................................................115从环境与能源角度看待燃料电池技术.............................................................................11结语...................................................................................................................................13参考文献...............................................................................................错误!未定义书签。近代化学课程作业燃料电池技术的发展现状与展望-2-燃料电池技术的发展现状与展望摘要：随着全球化步伐的加快，世界范围内工业的快速发展，对能源的需求也日益增加。化石能源利用的同时，给环境带来了巨大的压力，严重危害了人类社会的健康。燃料电池的特点决定了其广泛的应用前景，燃料电池的本质可以理解为化石能源的化学发电系统，其高效、清洁也有利于国家和社会的可持续发展。本文主要阐述了燃料电池的产生背景、原理，在此基础上，论述了目前燃料电池技术的主要研究现状以及发展前景，并提出当今世界能源技术的前进的主方向。关键词：燃料电池；能源；原理；研究现状；发展前景近代化学课程作业燃料电池技术的发展现状与展望-3-CurrentSituationandProspectofFuelCellTechnologyAbstract:withthequickeningpaceofglobalization,therapiddevelopmentofworldwideindustry,thedemandforenergyisalsoincreasing.Atthesametime,theutilizeoffossilbroughtgreatpressureontheenvironment,whichcauseseriousdamagetothehealthofhumansociety.thecharacteristicsoffuelcelldeterminesitswidespreadapplicationprospect.Thenatureofthefuelcellcanbeunderstoodasthefossilenergychemicalpowergenerationsystems.thehighefficient,cleanandconducivetothesustainabledevelopmentofthestateandsociety.thisarticlemainlyelaboratedthebackgroundandprincipleoffuelcell,onthisbasis,thispaperdiscussthecurrentresearchstatusanddevelopmentprospectoffuelcelltechnology,andputsforwardthemaindirectionofworld’senergytechnology.Keywords:FuelCell;Energy;thePrinciple;theResearchStatus;ProspectsforDevelopment近代化学课程作业燃料电池技术的发展现状与展望-4-燃料电池技术的发展现状与展望1引言1.1当今世界能源现状与环境问题21世纪以来，世界全球化步伐的加快，科技与技术的飞速发展和人类生活水平的极大提高，同时也以惊人的速度消耗着全球的自然资源。随着全球能源问题的日益严峻，应对气候变化挑战日益加剧，同时，能源的稀缺性和环境污染的不可逆性，让全球各国对能源与环境问题更加重视起来[1]。从2102年受到经融危机影响以来，全球各国经济格局也发生了翻天覆地的变化，欧美发达国家的低迷对能源的需求放缓，然而新兴国家对能源资源的消耗日益增长。在今后的几十年中，能源将在全球经济发展中特别是在发展中国家经济发展中扮演重要角色。世界仍将以化石燃料作为主要的能源供应，同时可再生能源、新能源将逐步发展成为全球能源格局中重要的一部分。据统计，2012年，全球石油消费增长0.7%，达到8800万桶/日，涨幅为60万桶/日，低于历史水平[2]。但是，同时中国再次成为全球石油消费增长的最大来源（增长5.5%，即每日50.5万桶/日），但增速低于过去十年的平均水平。目前全球天然气产销比较旺，全球天然气消费增长2.2%。就目前，全球能源消费中，煤炭的消费仍然持续增长，尤其是我国煤炭的消费，我国仍然是以煤炭为主要的能源的国家。核能的利用有所下降，2011年全球核能发电量下降4.3%，创下有史以来最大降幅[2]。目前我国经济正在快速发展，其中能源消费过度依赖于煤炭资源，石油尤其是天然气的利用率严重不足。随着世界经济的发展，推进绿色、环保、低碳经济的呼声日渐高涨，促使我国能源结构不断优化。当前，全球主要的环境威胁是：非洲、西亚和亚太地区低收人国家的粮食供应无保障和贫困；拉丁美洲和加勒比地区的生态退化和生物多样性丧失；东欧及经济转型国家膨胀的能源需求；温室气体以及臭氧层破坏；跨国界污染传输;普遍的城市污染、土地退化；大量化学品的使用对人体健康的威胁，以及大量不可近代化学课程作业燃料电池技术的发展现状与展望-5-持续性的生产和消费方式。其中,面临最大环境威胁的是亚太、非洲、拉丁美洲和西亚地区。就我国目前的环境现状，由于以煤炭为主要能源，而且我国煤炭的利用相对较低，排放到大气中的二氧化碳、二氧化硫等严重污染大气环境。同时粉煤灰也是重要的固体废弃污染物，也是我国目前面临的主要问题之一。我国由能源引起的环境问题发达国家要更严重，这是因为世界能源结构早由以煤为主的时代转变为天然气时代，油气和电力等清洁能源在一次能源比例占70%以上，而我国仍停留在以煤为主的时代，煤在一次能源中占60%以上。如果能源与环境问题得不到解决，不仅人类社会可持续发展的目标难以实现，而且人类的生存环境和生活质量也会受到严重影响。1.2燃料电池的产生背景能源问题近些年一直受到广泛的关注。随着三大化石能源的不断使用，能源储备、过度开采、环境问题的越来越严重。世界能源组织调查显示，包括煤、石油、天然气等在内的矿物质能源将在未来的100～200年内耗尽，新的能源利用技术将不断的开发并利用起来[3]。燃料电池就是一种潜力巨大的新能源。最早在1839年，英国的Grove发明了燃料电池。燃料电池是一种使用燃料进行化学反应所产生电力的装置。20世纪60年代应用于美国军方，后于1965年应用于美国双子星计划双子星5号太空舱。最常见的燃料电池是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格便宜，加上对人体无化学危险、对环境无害，发电后产生纯水和热。燃料电池经过100多年的发展，终于在20世纪末迎来了新的发展机遇，成为世界各国的研究热点。能源是国民经济的动力，也是衡量综合国力和人民生活水平的重要指标。能源是国民经济的动力。随着世界范围内工业的高速发展,全世界对能源的需求日益增加。另外，能源的使用以化石燃料为主，排放了大量二氧化碳。氮氧化物及硫化物等污染物，造成了环境污染，严重危害人民健康。因此，采用清洁、高效的能源利用方式，积极开发新能源，有利于国家和社会经济的可持续发展。随着燃料电池技术不断成熟，以及西气东输工程提供了充足天然气源，燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景[4]。近代化学课程作业燃料电池技术的发展现状与展望-6-2燃料电池的工作原理及优缺点2.1燃料电池的工作原理燃料电池是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。可以按照电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物电池及熔融碳酸盐电池等[5]。燃料电池的实际过程是氧化还原反应，其工作原理如2.1所示。通常由四个部分组成燃料电池，分别是阳极、阴极、电解质和外部电路。在燃料电池的阳极和阴极分别通入燃料气和氧化气。在阳极上，燃料气放出电子，经过外部电路，电子传导到阴极与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构