煤基/碳基固体氧化物燃料电池技术发展前沿

作为新一代能源技术,固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell, SOFC）发电系统具有能量转化效率高、燃料适应性广、价格低廉、安全方便等特点。SOFC技术通过长期研究和发展,其电解质、阴极、阳极等关键材料核心技术已经突破,并初步具备产业化发展的基础,但其整体性能的优化仍有待深入研究,其中解决碳基燃料SOFC长期稳定性是实现SOFC商业化的关键所在。必须进一步探索SOFC发电技术中碳基燃料电化学和催化化学过程,解决材料稳定性、界面相容性和耐热循环性,系统中传热、传质与电极反应耦合等科学问题;发展纳米微米级薄膜制备技术、SOFC电池堆装配和系统集成技术,实现SOFC整机性能的稳定和优化,推动SOFC跨越式发展。     

微生物电池

最近日本东京工业大学资源化学研究所的铃木周一教授,试制成功一种能同时处理废水、发电及产生甲烷燃料的微生物电池。微生物电池的独特之处,其一是具有吞食废水中有机物质并可产生氢气发生菌。其二是利用形成的氢气和空气中的氧气做成燃料电     

新能源汽车电池膜材料服役性能与使用寿命研究进展

新能源汽车电池膜材料目前广泛应用于混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车等新能源汽车,电池膜主要分燃料电池膜(发电装置)和动力蓄电池膜(充放电装置)两类.随着电池膜材料工艺和技术的迅猛发展,迫切需要研究膜材料的服役性能和使用寿命.本文介绍了近年来质子交换膜材料、锂电池隔膜材料和镍氢电池隔膜材料的研究进展,结合本实验室的研究工作,着重介绍了汽车电池膜材料的服役性能和使用寿命的影响因素及控制策略,讨论了新能源汽车电池膜材料的未来发展方向.     

二十一世纪将受青睐的燃料电池

燃料电池是一种电化学发电装置,是利用化学反应把燃料直接换成电能的一种新兴高科技发电系统。它不像通常的火力、水力和核能发电方式,故被称为与火力、水力和核能发电不同的第四种新型发电方式,它将受人们的青睐。燃料电池结构简单,由电解质分隔开的两个电极——阳极和阴极构成一个独立单元,上百个单元堆叠起来组成一个电池发电系统.     

基于纳米燃料电池的自供能纳米系统

大量各种功能的纳米器件的出现与发展迫切地需要能源供给,以满足纳米系统独立的、可持续的连续工作.从生活环境中收集能量制备纳米电池用于驱动这些纳米功能器件,是解决能源问题十分有效的途径.近年来,由纳米电池与纳米功能器件组成的全新功能纳米器件——自供能纳米系统,得到了快速发展.显而易见,纳米电池的制备是自供能纳米系统建立的关键,由于燃料电池可收集自然界乃至生物体内的能源并转化为电能,因此实现燃料电池微型化在自供能纳米系统研究中有着至关重要的意义.本文从单根全氟磺酸质子交换树脂(Nafion)纳米线的质子传导性能出发,结合了本课题组及其他学者的工作,对纳米燃料电池、纳米生物燃料电池、复合型纳米生物燃料电池以及由这些电池驱动的自供能纳米系统进行了简要介绍,并对自供能纳米系统的研究现状、面临的问题以及可能的研究趋势进行了简要评述.     

固体氧化物燃料电池NiO/Y0.1Sm0.1Ce0.8O1.9阳极材料制备与表征

以硝酸盐和氧化物为原料,通过凝胶浇注法制备Y0.1Sm0.1Ce0.8O1.9(YSCO)电解质粉末,并将一定量的YSCO与NiO粉末机械混合均匀得到NiO-YSCO粉体,对YSCO粉末相组成及YSCO和NiO粉末的粒度进行了表征.以所获得的NiO-YSCO粉体为原料通过成型烧结制备Ni/YSCO阳极材料,并以NiO/YSCO为阳极材料、YSCO为电解质通过共压法制备SOFC单电池,对NiO/YSCO阳极烧结体和单电池的组织及性能进行了测试分析.实验结果表明,YSCO和NiO粉末的中位径d50分别为1.757和3.577-m,均为微米级.在1400℃烧结4h的NiO/YSCO烧结体的孔隙率为11.85%,还原后为20%.1400℃烧结的NiO/YSCO试样经还原得到的Ni/YSCO试样在800℃下的电导率约为250S/cm.以此为阳极的SOFC单电池性能良好,在700℃工作温度下,单电池的开路电压为0.689V,最大功率输出为153.1mW/cm2.     

燃料电池汽车动力系统过程模拟

建立了包括燃料供应模块、燃料电池堆模块和水热平衡模块在内的质子交换膜燃料电池汽车动力系统数学模型. 运用Matlab/Simulink软件进行模型构建和系统仿真, 研究了主要操作条件对系统性能的影响. 通过仿真结果与实验数据的对比, 表明该模型能较为准确地反映动力系统的特性, 为燃料电池汽车动力系统的研究和设计提供理论依据.     

碱性燃料电池用聚烯烃类阴离子交换膜的研究进展

与质子交换膜燃料电池相比,基于阴离子交换膜的碱性燃料电池具有可使用非贵金属催化剂、电极反应速率高等优点,近年来受到广泛的关注.然而,到目前为止,尚未开发出一种高性能的阴离子交换膜以备碱性燃料电池使用.本文从功能单体共聚和高分子接枝改性两方面概述了聚烯烃类阴离子交换膜的制备方法,探讨了膜的化学结构、微观相分离结构与膜性能之间关系,最后总结目前聚烯烃类阴离子交换膜的氢氧燃料电池性能,并对该领域的发展趋势进行了展望.     

铅笔及铝罐发电

[目的与思路]由于地球面临能源危机,因此我们希望在了解电化学中的燃料电池的原理,以家居废物代替燃油发电,研制一枚符合环保理念的电池。必须确保所制成的电池能够产生一定瓦特的电力,足以驱动某些微型电器,以便制成品能应用于日常生活中。[制作过程]在确立了目标后,经过多次实验并考虑到环保的因素,我们决定以铅笔芯和汽水铝罐分别作为电池的正极和负极;而为了安全和降低成本,则选用了稀释氢氧化钠和氯化钠(食盐)为混合电解液。最后经过不断改善设计,缩减电池的体积,以符合便于使用的原则。1.迷你燃料电池的探究此电池使用醇作燃料、氧气…     

氢燃料电池汽车离我们有多远

一些汽车工程师总会说,氢气是清洁燃料,氢燃料电池汽车将是爱车族的新宠。然而就目前来说,氢燃料电池汽车的普及仍然遥遥无期。     

太阳能热发电

投资者和公用事业公司现在对太阳能热发电技术越来越感兴趣,这是一种难度远比光伏发电技术低的替代技术(光伏电池直接将太阳光转化成电能).今年2月,美国亚利桑那公共服务公司宣布(由西班牙太阳能发电开发商Abengoa Solar和Rhoenix公司共同投资组建),将在亚利桑那州建造一个280兆瓦的太阳能热发电项目.而目前世界上最大的太阳能(光伏电池)发电厂的生产规模只有20兆瓦.     

从文献统计看世界车用燃料电池研发的生态与演变:主要国家研发布局对比与启示

经过近10年的快速发展,车用燃料电池的性能、寿命和成本在国际上已经取得了突破性进展,新一轮的燃料电池汽车产业化浪潮正在迫近.为鸟瞰全球车用燃料电池研发布局,梳理技术发展脉络,掌握科技创新的新动向,本文通过对车用燃料电池文献的检索与统计,详细分析了世界车用燃料电池论文与专利的数量与质量、研发重点领域与分工、研究机构的性质与数量、参与的广泛度与集中度等研发生态与演变.在此基础上,对比分析了我国燃料电池汽车与国际先进水平的差距和存在的问题,从研发布局的角度探寻了优化我国燃料电池汽车产业化研发的方向.     

智能电网储能用二次电池体系

储能用二次电池体系在风能、太阳能等可再生能源发电、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景.本文对铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池的工作原理、特点、国内外研究现状、应用情况及发展趋势进行了综述,提出了制约储能电池发展瓶颈问题,储能电池需关注长寿命、低成本、高安全、大容量、高功率、快速充放电和环境适应性等性能指标,展望了储能二次电池体系未来的发展趋势.     

氢燃料燃气轮机与大规模氢能发电

清洁可再生氢能源的利用被视为CO₂减排的一个重要途径，受到世界各国的高度重视。从电能到氢能再到电能的高效转换是氢能利用的核心技术之一。产业上大规模高效氢能到电能的转换技术需要100 MW以上的功率，而依靠目前的燃料电池技术难以满足。氢燃料燃气轮机可以实现大规模氢能到电能的转换，且转化效率会随着功率的提高而提高，将是一种重要的氢能发电技术。文章对氢燃料燃气轮机的性能特点、各国研究动态、机种类型和特点、输出功率和热效率、氨燃气轮机等进行了介绍，同时提出利用氢燃料燃气轮机实现从水到水循环的氢能利用系统的设想。     

放射性同位素电池的研究进展

放射性同位素电池因其巨大的应用前景而受到学术界与工业界的广泛重视.本文简述了放射性同位素电池的历史背景、发展历程及现存的关键技术瓶颈;简单介绍了放射性同位素电池的基本原理与设计要求,讨论了目前国内外研究的不同换能方式同位素电池的技术方案,具体介绍了静态型热电式同位素电池、辐射伏特效应同位素电池、动态换能方式同位素电池、压电换能机制同位素电池的实验原理与研究进展;最后,对上述几种技术方案进行了分类总结与对比分析,并结合放射性同位素电池未来发展趋势、发展要求和用于放射性同位素电池燃料的同位素来源,展望了放射性同位素电池未来发展前景与潜在应用.     

完全不使用贵金属催化剂的碱性聚合物燃料电池

近几十年,燃料电池技术经历了革命式发展,其中一个根本性改变是使用聚合物电解质代替电解质溶液,这使得电池尺寸变得更小而功率密度变得更大.目前,酸性聚合物电解质被广泛使用.尽管已取得很大成功,但基于酸性聚合物电解质的燃料电池严重依赖于贵金     

面向工业废水处理的催化电极及燃料电池耦合体系

随着我国工业化水平的提高,工业废水的高效节能处理成为废水资源化与能源化进程中的重点和难点.工业废水中常含有难降解或有毒的有机污染物,水质复杂、可生化性差,采用传统废水处理技术(生物法、物化法等)难以实现高效处理和达标排放,残留毒物排入水体带来环境生态风险.电化学技术借助电场作用产生强氧化性物质,氧化去除难降解有机污染物,但去除效率较低、能耗及运行成本较高,限制了其在实际废水处理中的应用.高活性催化电极在结构、形貌、组成的优化进展,为构建以难降解污染物为燃料的新型燃料电池及废水处理体系提供了新的可能.本文围绕催化电极及燃料电池废水处理体系,综述了新型电极材料的制备、优化,探讨了基底、活性成分及其负载方式对催化电极和体系性能的影响;归纳了基于光催化燃料电池和微生物燃料电池的污染物催化降解及实际或模拟废水处理体系的研究进展,并对该类耦合体系的规模化应用作了展望.新型催化电极的开发和耦合燃料电池体系的优化设计,有望推动该技术在高效、节能实际(工业)废水处理中的应用.     

一步合成钴、氮共掺的碳材料:氧还原和氧析出反应双功能电催化剂

正在新能源技术中(例如金属-空气电池、燃料电池和分解水),氧气和水之间的电催化转化是非常关键的步骤.目前,铂及铂的复合材料被认为是用于氧还原反应(ORR)的最佳催化剂,而钌和铱的氧化物是析氧反应(OER)的最佳催化剂.然而,这些材料成本     

石油被替代的可能性与路径之思考

短期内石油作为全球第一大消费能源的地位难以撼动,但随着能源领域材料与技术创新发展以及人类对生态环境保护日益提高,石油作为交通运输燃料被替代的可能性与日俱增.推测替代石油的可能路径有三:(1)电动汽车.依托高效储能电池材料与技术发展,2030年以前有望替代燃油汽车;(2)氢燃料电池汽车.基于廉价高效氢气制取与储运技术,2030~2050年前后氢燃料电池汽车有望进入发展快通道,并可带领人类走进氢经济时代;(3)核聚变能源.可控核聚变技术的突破和小型化,有望全方位提供交通运输动力,或将在2050~2060年前后成为覆盖全领域的主导能源.上述三种路径能否完全替代石油尚存不确定性,但是石油在交通运输领域被大规模替代已成为大势所趋.由燃料应用领域转入材料应用领域将成为石油未来应用的最终归宿.     

铜锑硫族薄膜材料及其光伏器件研究进展

薄膜太阳能电池具有材料用量少、生产耗能低、高温弱光发电性能好、易于建筑集成等优势,是非常有竞争力的光伏发电技术之一.铜锑硫族材料价格低廉、稳定性高、绿色无毒、原料丰富,且具有合适的禁带宽度和较大的吸光系数,理论转换效率可达30%以上,是非常有潜力的薄膜太阳能电池吸光层材料.本文综述了近年来铜锑硫族材料光伏领域的研究成果,重点介绍了材料的晶体结构、光电特性、制备方法以及光伏器件的研究进展,并对其发展趋势和下一步工作方向进行了总结和展望.