车用燃料电池技术的现状与研究热点
代用燃料汽车研发背景、现状及发展趋势
代用燃料汽车现状及发展趋势
（一）国内发展趋势
2、车用生物液体燃料开发得到重视，非粮生物液体燃料成为根本方向。 “十五”期间，我国建成了总产能为132万t的4家陈化粮燃料乙醇企业， 在9个省市推广使用乙醇含量为10％的车用乙醇汽油(E10)。广西于2007年 建成了年产20万t乙醇的木薯乙醇项目。纤维素乙醇燃料、生物质费托合成 柴油燃料(BTL)、加氢生物柴油(HVO)、藻类生物柴油等第二代生物柴油技 术目前尚处于技术研发阶段。
代用燃料汽车现状及发展趋势
（二）国外发展趋势
4、新能源汽车开发进展加快，但与实现产业化有一定距离。 在2008年北京奥运会、2010上海世博会期间，我国汽车企业和科研
机构提供了自主研发的一批电池汽车、混合动力客车/轿车、燃料电池 汽车等各种新能源汽车为奥运会和世博会服务。不过，目前我国新能源 汽车发展还存在技术成熟度不够、关键零部件配套缺乏、可靠性和生产 一致性差、市场导人期的成本较高等障碍，使得新能源汽车距离规模化 量产和广泛使用尚有一定距离。
代用燃料汽车现状及发展趋势
（二）国外发展趋势
4、生物燃料已成为车用替代燃料的最重要发展方向之一，正在酝酿技 术和产业升级转型。
目前已经实现商业化发展的生物燃料主要包括利用玉米、甘蔗、植物油等传 统粮糖油原料生产的燃料乙醇和生物柴油，通常被称为第一代生物燃料(或传统生 物燃料)。2007年，世界主要国家的燃料乙醇和生物柴油产量分别达到约4 000万t 和880万t。近年来，国际社会日益重视发展以农林业废弃物、非粮能源植物、富 油微藻等为原料的第二代生物燃料技术，主要是纤维素乙醇(丁醇)、加氢生物柴 油(HVO)、生物质费托合成燃料(BTL)、合成醇醚燃料(生物甲醇和二甲醚)、以及 氢燃料等。
燃料电池技术的发展现状与趋势
燃料电池技术的发展现状与趋势随着全球环保和节能意识的不断加深，燃料电池技术因其高效、低排放、清洁等特点，成为人们普遍关注的焦点。
本文将介绍燃料电池技术的原理、应用、现状以及未来发展趋势。
一、燃料电池技术的原理燃料电池是一种利用化学反应将化学能转化为电能的装置。
它利用氢气和氧气等气体，在电极上反应产生电能和水等废物，无污染、高效、噪音低，是一种高科技环保节能的新型发电方式。
燃料电池的原理是利用电化学反应将氢气和氧气等气体在电极上反应，产生电能。
具体来讲，燃料电池由一个质子导体、两个极板及电解质和催化剂等组成。
随着氢气流经正极板，氢分子分解成氢原子，通过质子导体进入负极板，与与氧气和电子发生化学反应。
这种反应产生的电子会在电路中产生电流，从而产生电能。
二、燃料电池技术的应用燃料电池技术有着广泛的应用领域，可以应用于汽车、备用电力、物流运输、航空等领域，因此备受关注。
其中，燃料电池汽车是燃料电池技术最为广泛应用的领域之一。
燃料电池汽车的工作原理与普通汽车相似，只是用电代替了燃料，排放物质变成了水，没有污染。
除此之外，燃料电池汽车相比于传统燃油汽车具有更高的能源利用率。
据了解，一辆燃料电池汽车在公里数相同的情况下，比传统汽车节省30%左右的油耗，排放量只有传统汽车的一半左右。
三、燃料电池技术的现状随着近年来环保意识的不断提高，各国政府在节能环保方面加大了投入，推动新能源汽车发展。
燃料电池汽车作为一种环保、清洁的新能源汽车，备受世界各国政府、汽车厂商、能源企业、科研机构、高校等各界人士的重视。
目前，全球已经有不少汽车厂商推出了燃料电池汽车产品，其中，丰田、本田、戴姆勒、通用等国际汽车巨头都在不断研发和推广燃料电池汽车。
有关调查显示，到2025年燃料电池汽车的销量将高达50万辆以上。
另外，多个国家的政府纷纷出台了支持燃料电池汽车发展的政策和资金扶持。
四、燃料电池技术的发展趋势随着人们对环保和节能的需求不断提高，燃料电池技术的未来将更加广阔。
燃料电池的发展现状及研究进展
燃料电池的发展现状及研究进展燃料电池作为一种清洁能源技术，受到了全球范围内的广泛关注。
它能够将化学能转化为电能，并且只产生水和热作为副产物，不会产生有害物质，具有很高的能量转化效率和零排放的特点。
因此，燃料电池被认为是解决能源和环境问题的理想选择。
在过去的几十年里，燃料电池的发展取得了巨大的进展，下面将对其现状和研究进展进行介绍。
首先，燃料电池的发展现状。
目前，燃料电池主要包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和燃料电池。
聚合物电解质燃料电池（PAFC）等几个主要类型。
其中，PEMFC是目前应用最广泛的一种燃料电池，主要用于汽车和小型移动设备。
SOFC由于其高温运行特性，被广泛应用于大型电力系统和工业领域。
AFC早在燃料电池研究的早期就被发展出来，目前在一些特殊领域如宇航等得到了应用。
另外，还有其他类型的燃料电池如碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等，不同类型的燃料电池适用于不同的应用场景和需求。
其次，燃料电池的研究进展。
燃料电池的研究主要集中在提高性能和降低成本两个方面。
在性能方面，研究人员致力于提高燃料电池的功率密度和能量效率。
例如，通过优化催化剂的设计和合成，改善了燃料电池的催化剂活性和稳定性。
此外，探索新型电解质材料和电极材料，如合金储氢材料、碳纳米管等，也为提高燃料电池性能提供了新的途径。
在成本方面，研究人员致力于降低燃料电池的原材料成本和制造工艺成本。
例如，开发更便宜的催化剂替代品，改进制造工艺等。
此外，维护和管理燃料电池的寿命也是一个重要的研究方向。
因为燃料电池的寿命直接影响其经济性和可靠性。
此外，燃料电池的应用领域也在不断扩大。
除了传统的汽车和移动设备领域，燃料电池还得到了微型电网、船舶、飞机、无人机等更广泛的领域的关注。
例如，由于其高电能密度和长时间稳定性，燃料电池被广泛应用于微型电网系统中，以实现可靠的电力供应。
此外，由于其轻量化特性和零排放的特点，燃料电池在船舶、飞机和无人机领域也具有巨大的应用潜力。
燃料电池汽车的技术挑战与发展趋势
燃料电池汽车的技术挑战与发展趋势燃料电池汽车，作为清洁能源汽车的重要代表之一，正逐渐走进人们的视野。
它不仅能有效减少对环境的污染，还具备高效能、零排放等诸多优点。
然而，随着燃料电池汽车领域的快速发展，也面临着一系列技术挑战与发展趋势。
技术挑战能源密度与续航里程燃料电池汽车的能源密度一直是制约其发展的瓶颈之一。
目前，燃料电池在能量密度方面与传统燃料相比仍有一定差距，这直接影响到其续航里程。
如何提高燃料电池的能源密度，延长汽车的续航里程，是当前亟需解决的技术难题。
成本和材料燃料电池汽车的制造成本一直是行业关注的焦点。
高昂的制造成本限制了燃料电池汽车的市场普及。
燃料电池的稀有材料如铂等也使得其成本居高不下。
如何降低制造成本、开发更具成本效益的材料，是推动燃料电池汽车发展的重要举措。
发展趋势技术革新与多元化随着科技的不断进步，燃料电池汽车领域也在不断进行技术革新。
从固态电解质到氢燃料、氢氧化物等多种技术路线的探索，为燃料电池汽车的未来发展带来更多可能性。
技术的多元化将推动燃料电池汽车技术不断升级。
政策支持和产业链完善各国政府的政策支持对燃料电池汽车的发展起着至关重要的作用。
通过政策激励，促使燃料电池汽车产业链的完善和发展，从而推动整个产业链的健康发展。
政策的引导将为燃料电池汽车的普及提供有力支持。
燃料电池汽车作为清洁能源汽车的重要代表，技术挑战与发展趋势并存。
通过技术创新、成本降低和政策支持，燃料电池汽车有望在未来取得更大突破，成为驱动未来交通发展的重要力量。
让我们一起期待燃料电池汽车的未来，共同为构建清洁、高效的交通运输系统而努力！。
燃料电池技术的现状与发展趋势
燃料电池技术的现状与发展趋势随着环境污染问题的日益严重，人们对清洁能源的需求越来越强烈。
燃料电池作为一种非常干净的能源转换技术，近年来备受关注。
本文将介绍燃料电池技术的现状，并探讨其未来的发展趋势。
第一章燃料电池技术的概述燃料电池是一种将化学能转化为电能的先进技术，与传统的燃动式发电机不同，燃料电池利用氢气或可燃气体和氧气的电化学反应来产生电能。
燃料电池具有高能量效率、零污染、声音低等优点，是未来能源转换技术的重要方向之一。
燃料电池通常分为以下几种类型：聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）等。
其中，PEMFC是应用最广泛的类型，其应用领域主要为汽车、船舶、机器人等。
第二章燃料电池技术的现状2.1 燃料电池的优点燃料电池具有优异的环保性能，不存在传统燃烧过程中产生的二氧化碳、氮氧化物等有害气体。
燃料电池能够高效转化化学能为电能，其能效比普通燃烧发电高出40%-60%。
同时，燃料电池噪音低、体积小、结构简单，易于维护。
2.2 燃料电池的局限性燃料电池的成本较高，且维护困难。
另外，燃料电池的存储和输运涉及氢气，需要相应的储运设施建设。
在使用过程中，燃料电池还存在耐久性较低、抗污染性较差等问题。
2.3 燃料电池的应用现状目前，燃料电池应用最广泛的领域为汽车，多家汽车厂商已经推出了使用燃料电池的车型。
另外，燃料电池还被应用于船舶、飞机等交通工具，以及家用电器及备用电源等领域。
第三章燃料电池的发展趋势3.1 技术创新随着科技水平的提高，燃料电池技术也在不断更新迭代。
正在研发中的新型燃料电池拥有体积更小、效率更高、更加环保等优点，同时也解决了传统燃料电池中存在的问题，比如能源储存问题、抗污染性等方面的问题。
3.2 产业链完善随着燃料电池应用领域的不断拓展和技术创新，相关产业链已逐渐形成。
燃料电池的生产、储运、市场销售等环节也因此得到了进一步完善。
车用氢燃料电池的发展历史和现状研究
一、历史汽车用氢燃料电池的概念最早可以追溯到19世纪初。
1839年，英国科学家威廉·格罗外夫发现了燃料电池的工作原理，并提出了将氢和氧气反应产生电能的想法。
随着科学技术的不断发展，汽车用氢燃料电池逐渐成为了可行的替代能源方案。
二、技术发展1. 基本原理汽车用氢燃料电池是通过将氢气和氧气在电化学电池中反应产生电能，同时还可以产生热量和水。
其基本原理是利用电化学反应将氢气和氧气转化为电能，从而驱动电动机，推动汽车运行。
2. 技术突破自20世纪末以来，汽车用氢燃料电池技术取得了重大突破。
燃料电池的效率和稳定性得到了明显提高，同时节能环保的特点也使其备受关注。
各大汽车制造商纷纷加大研发投入，推出了一系列基于氢燃料电池的汽车产品。
三、发展现状1. 全球发展状况目前，全球各国对氢燃料电池汽车的发展都非常重视。
日本、美国、德国等国家的汽车制造商纷纷推出氢燃料电池车型，政府也加大对氢能源技术的支持力度。
一些国际性组织也在推动氢燃料电池汽车的国际标准和合作研究。
2. 我国发展状况我国作为全球最大的汽车市场之一，也将氢燃料电池汽车列为了重点发展方向。
目前，我国政府已经出台了一系列支持政策，鼓励企业研发和生产氢燃料电池汽车。
多家汽车制造商也在积极布局氢燃料电池汽车市场，未来可期。
四、面临的挑战1. 技术挑战虽然氢燃料电池汽车的技术已经取得了长足的进步，但仍然面临着许多挑战。
氢气的储存和输送技术、电解质膜的稳定性等方面还需要进一步提高。
2. 市场挑战目前，氢燃料电池汽车的市场份额仍然较小，普及面临一定难度。
氢燃料电池汽车的售价较高，也制约了其市场竞争力。
五、未来展望随着技术的不断进步和市场的逐渐成熟，相信汽车用氢燃料电池必将成为未来汽车能源的重要选择。
随着全球对环境保护的重视，氢燃料电池汽车具有零排放、高效能的特点，有望成为主流的替代能源汽车。
六、结语汽车用氢燃料电池的发展一直备受关注，其作为一种清洁高效的替代能源方案，对于缓解能源紧缺和环境污染问题具有重要意义。
新能源汽车电池技术发展现状
新能源汽车电池技术发展现状
新能源汽车电池技术是新能源汽车发展的核心之一，目前主要采用锂离子电池技术。
以下是新能源汽车电池技术的发展现状：
1. 锂离子电池技术得到广泛应用：目前，锂离子电池在新能源汽车领域得到了广泛应用。
锂离子电池具有能量密度高、充电速度快、寿命长等优点，同时成本相对较低，能够满足新能源汽车的续航需求。
2. 动力电池技术不断升级：随着新能源汽车市场的不断扩大，动力电池技术也在不断升级。
目前，三元锂电池和磷酸铁锂电池是主流的动力电池技术，其中三元锂电池具有更高的能量密度和更快的充电速度，而磷酸铁锂电池则具有更高的安全性和更长的寿命。
3. 固态电池技术逐渐成熟：固态电池是一种新型的电池技术，它采用了固态电解质代替了传统的液态电解质。
固态电池具有高能量密度、高安全性、长寿命等优点，但目前还存在着成本较高的问题。
4. 氢燃料电池技术受到关注：氢燃料电池是一种将氢气转化为电能的技术，它具有高能量密度和零排放等优点。
目前，氢燃料电池技术在新能源汽车领域还处于初级阶段，但已经受到越来越多的关注。
总体来说，新能源汽车电池技术在不断发展壮大，锂离子电池技术已经得到了广泛应用，同时还有多种新型的电池技术
在不断研发和应用。
未来，随着技术的不断进步和发展，新能源汽车电池技术将会更加成熟和先进。
车用燃料电池发展现状
车用燃料电池发展现状
车用燃料电池目前仍处于发展阶段，但已经取得了一些进展。
以下是
当前的发展现状：
1.技术进步：车用燃料电池技术已经取得了一些进步，包括提高了功
率密度、稳定性和可靠性等方面。
2.市场逐渐成熟：一些车企已经开始推出商用燃料电池汽车，如丰田、本田、现代等。
3.政策支持：政府在燃料电池领域给予了相应的政策支持，以鼓励更
多的企业开展相关科研和生产。
4.充电基础设施建设：为了支持燃料电池汽车的普及，各地政府和企
业也在积极建设充电基础设施。
总的来说，车用燃料电池在技术、市场、政策和基础设施等方面都取
得了一定的进展，但还需要进一步发展和完善，以实现更广泛的应用。
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收稿:2009年5月 3C orresponding author e 2mail :blyi @车用燃料电池技术的现状与研究热点侯 明 俞红梅 衣宝廉3(中国科学院大连化学物理研究所 大连116023)摘 要 燃料电池汽车作为清洁能源汽车近十几年来得到很大的发展。
然而燃料电池的寿命、成本仍然是制约其商业化的瓶颈,其中材料是根本问题。
本文对组成燃料电池的三种关键材料即电催化剂、质子交换膜、双极板的发展现状进行了综述,并对研究热点进行了剖析。
针对燃料电池在车载工况下的问题,如电催化剂衰减、膜降解、双极板腐蚀等,基于已有试验结果和理论分析指出了可能的解决方案、对策与发展方向。
关键词 燃料电池汽车 电催化剂 质子交换膜 双极板中图分类号:O646154;T M911 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2009)1122319214Current Status and Perspective of V ehicular Fuel Cell TechnologiesHou Ming Yu Hongmei Yi Baolian3(Dalian Institute of Chemical Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Dalian 116023,China )Abstract As a kind of clean energy vehicles ,fuel cell autom obiles have been developed in the past decade.Although tremendous progress has been made ,the durability and the cost of the fuel cells are the bottlenecks of the fuel cell vehicles ’commercialization.Materials for proton exchange membrane fuel cells (PE MFCs )are the key issues.The overview of the key materials of PE MFCs ,i.e.,electrocatalyst ,proton exchange membrane and bipolar plate ,is given.The hot research topics are analyzed.The key issues of PE MFCs for autom obile operation are electrocatalyst degradation ,membrane degradation and bipolar plate corrosion ,etc.P ossible s olutions and perspectives of PE MFCs are summarized.K ey w ords fuel cell vehicles ;electrocatalysts ;proton exchange membranes ;bipolar platesContents1 Introduction 2 E lectrocatalysts3 Proton exchange membranes 4 Bipolar plates 5 C onclusion1 引言汽车数量的快速增长带来的环境与能源安全问题不容忽视,燃料电池———一种电化学能量转化装置[1],以其低的排放和高的能量转化效率,被人们视作未来具有发展潜力的汽车替代动力源之一。
近十几年以来各国政府、各大汽车公司以及研究机构都在从不同的侧面探索与实践燃料电池在车上的应用,掀起了车用燃料电池的研发热潮,并取得了令人瞩目的成果。
其中最具代表性的是欧洲历时2年的燃料电池电动汽车演示项目(C UTE ),27辆客车在9个城市累计运行612万小时,行驶85万公里,承载乘客约400万[2]。
“九五”末期,中科院与东风集团30kW 燃料电池中巴车的研制成功,开启了我国车用燃料电池研发的序幕;“十五”期间在科技部启动的863“电动汽车”重大专项与中科院知识创新工程重大项目“大功率质子交换膜燃料电池技术与氢源”项目的支持下,我国车用燃料电池技术取得了长足的进展;尤其是“十一五”期间在科技部863“节能与新第21卷第11期2009年11月化 学 进 展PROG RESS I N CHE MISTRYV ol.21N o.11 N ov.,2009能源汽车重大项目”的资助下,燃料电池电动汽车技术得到了显著的提升,燃料电池轿车成为2008北京奥运“绿色车队”中的重要成员,经受了酷热多雨天气和频繁启停城市工况等的考验,20辆燃料电池轿车运行总里程7.6万多公里,车辆执行任务970车次,单车出勤率超过90%[3]。
作为“中国燃料电池公共汽车商业化示范项目”的一部分,燃料电池城市客车自2008年7月以来在北京进行为期1年的示范运行,为燃料电池商业化进一步积累经验、收集数据。
这些国内外的研究成果,证明了燃料电池电动汽车应用的可行性,但是从现在的技术状态与存在的问题来看,普遍认为寿命与成本仍然是困扰其商业化的瓶颈。
图1 燃料电池城市客车作为奥运会马拉松比赛服务车Fig.1 FC Bus for Marathon Service in 2008Beijing Olym pic Games图2 2008奥运燃料电池轿车车队驶出车场Fig.2 FC Cars in 2008Beijing Olym pic G ames质子交换膜燃料电池(PE MFC )其工作原理如图3所示,它具有启动快、操作条件温和等特点,特别适用于车上应用。
但是对由于受车载动态工况的影响,车用燃料电池的寿命远低于稳态操作,公开报道的车用燃料电池寿命仅为2000—3000h ,还达不到商业化5000h 的目标[4,5]。
衰减机理分析显示操作过程中燃料电池材料的衰减是影响寿命的重要原因,如质子交换膜的降解、催化剂聚集Π流失、炭载体腐蚀等[6—14]。
通过简化系统、优化操作条件、提高部件可靠性、完善整车控制策略等措施可在一定程度上延长燃料电池的寿命,但是,对材料进行根本性的变革,才可能会带来燃料电池寿命的大幅度提高。
此外,成本也是制约燃料电池商业化的瓶颈之一,批量制造技术的发展可以显著地降低成本,但是,决定性的因素还是要发展低成本的材料,如开发低Π非铂催化剂、非氟膜以及其他廉价的替代材料等。
因此,材料是燃料电池寿命与成本的核心问题。
本文将对车用质子交换膜燃料电池的关键材料,如质子交换膜、电催化剂、双极板等的研究现状进行评述,对热点问题进行剖析,并指出未来相关技术的发展方向。
图3 质子交换膜燃料电池工作原理与结构Fig.3 Principle and structure of PE MFCs2 电催化剂的研究进展燃料电池中的电催化反应发生在电催化剂与电解质的界面上,为多相电催化。
燃料电池的电极为多孔气体扩散电极,其电化学反应涉及气、液与电子、质子传递,多孔气体扩散电极中需要有适宜的气体、液体以及电子与质子的传递通道。
电催化剂的活性、双电层以及电解质膜对电催化的特性均有影响。
由于PE MFCs 的工作温度低于100℃,在酸性电解质环境下最有效的电催化剂为铂。
鉴于资源与价格的因素,为提高铂的利用率和降低铂的用量,通常将铂高分散地担载到导电、抗腐蚀的载体上,铂为纳米级颗粒,所采用的载体多为乙炔黑型炭。
目前车用燃料电池的典型催化剂为Pt ΠC ,其用量约为1g ΠkW ,膜电极组件(ME A )单位面积上Pt 的・0232・化 学 进 展第21卷用量约为016—018mg Πcm 2。
目前商业化的典型PE MFCs 电催化剂为日本T anaka 、英国Johns on Matthey 出品的Pt ΠC 。
而车用燃料电池商业化的要求为012g ΠkW ,单位面积ME A 的Pt 用量小于012mg Πcm 2,是目前用量的1Π5,需要在目前水平的基础上大幅度降低电催化剂的用量。
另外,在车用工况下运行的燃料电池通常要经历频繁变载工况,电池会经常经历在0.4—110V 的电位扫描,这对于电催化剂是一个严峻的考验,容易造成电催化剂的聚集与流失;同时在车用工况下操作条件的变化会引起电池温度与湿度的变化,也会加速电催化剂的老化,氧化剂与燃料气中的杂质(如空气中的硫化物、重整气中的C O )对电催化剂具有毒化作用,使得催化剂因杂质占据活性位而失活;另外,在冬季零度以下低温环境中启动燃料电池时,目前的电催化剂在低温下的反应动力学速度缓慢,仍需要提高燃料电池电催化剂的低温活性。
这些实际问题给燃料电池电催化剂的研究提出了新的课题。
近期在燃料电池催化剂方面的研究多集中在从组分结构与制备方法两方面进行改进,以提高催化剂活性,从而降低贵金属催化剂担载量。
与此同时,抗燃料气与空气杂质污染的催化剂也一直是燃料电池电催化剂研究的热点。
基于燃料电池变载操作的特性,抗氧化腐蚀的催化剂载体也越来越得到研究人员的重视,并取得了一系列进展。
图4 氧还原反应可能的路径[15]Fig.4 P ossible ORR path[15]对于氧还原反应(oxygen reduction reaction ,ORR ),有二电子和四电子机理两种路径。
Wroblowa 等[15]提出的机理如图4所示,认为O 2可以通过四电子途径(反应速率常数为K 1)直接电化学还原为水或经二电子途径(K 2)生成中间产物H 2O 2,吸附的H 2O 2可进一步还原为水(K 3),也可能氧化成O 2(K 4)或脱离电极表面(K 5),过氧化氢机理中的H 2O 2对质子导体的降解也有一定影响。
各种不同电极表面对ORR 电催化行为的影响与氧分子及各种中间体在电极表面上的吸附行为有关。
为提高PE MFCs 的电化学反应效率,在直接四电子过程中的关键是断开O —O 键。
在Pt —O 表面进行反应,需要氧原子与活性催化组分接触。
有研究认为[16,17]:Pt 表面的含氧吸附层会阻碍四电子的反应。
而Au 表面的氧吸附层则有利于直接四电子反应,这就给研究人员研制高活性ORR 催化剂提供了可能的选择方案。
对于氢氧化反应(hydrogen oxidation reaction ,H OR ),其交换电流密度通常为011—100mA Πcm 2,当燃料电池的工作电流密度为几百mA Πcm 2时,H OR 的极化仅为1—20mV ,几乎相当于可逆电极反应。