未来能源——燃料电池

巴得木其其克

摘要：本篇论文讲述了燃料电池的发电原理和燃料电池的优越性，以汽车燃料电池为例分析了燃料电池做为未来能源的必要性，以及燃料电池的发展现状和前景。

关键词：燃料电池 未来能源 汽车燃料电池

燃料电池是一种能源转换系统，是将燃料的化学能连续不断地直接转换成电能的化学装置，又称电化学法电器。

一、燃料电池的发电原理

燃料电池的工作原理是从阳极处的氢气中抽取电子(氢气被化学氧化掉,或称“燃烧掉了”)。这些负电子流到导电的阳极,同时,余下的正原子(氢离子)通过电解液被送到阴极。在阴极,离子与氧气发生反应并从阴极吸收电子。这一反应的产品是电流、热量和水。由于燃料电池不会燃烧出火焰,也没有旋转发电机,所以燃料的化学能直接转化为电能。燃料电池作为化学能向电能转化的发电装置,在能量转化的过程中,体系对外所作的电功是非体积功,由发电过程中的吉布斯自由能变化决定。对于理想的可逆燃料电池,体系对外所作的非体积功仅为电功: ( G)T,P=-nEF。式中n为电池中输出元电荷的物质的量,E为电池电动势,F为法拉第常数。则最大电动势为:E=- ( G)T,P/nF。

二、燃料电池的优越性

1.资源广阔

氢能作为二次能源，来源广泛，既可以来源于化石能源的工业副产氢，还可通过太阳能、风能、潮汐能等不能稳定供电的可再生能源电解水制氢，也能从煤气、天然气、生物细菌分解农作物秸秆和有机废水中得到，更重要的是可再生和重复利用。

2.清洁

氢经过燃料电池化学反应，几乎无硫氧化合物和氮氧化合物的排放，温室气体二氧化碳的排放量也远小于火力发电厂。因本身没有转到部件，工作环境非常安全。

3.高效

从理论上讲燃料电池可将燃料所含化学能的99%转化为可利用的电和热，高于目前其它发电设备的发电效率。

4.灵活分散式供电

电力工业集中供电的模式越来越受到分散式供电的挑战，它规模大，而且远离用户。而分散式供电与用户距离很近，利于降低成本。燃料电池供电就属于分散式供电的一种。其效率与规模无关，可根据用户需求增减发电容电，其安全性和供电质量很高。此外，他还具有燃料的多样性，余热的再利用和安装简便等优点。

三、燃料电池发展的必然性

人类对地球资源的大规模开发利用，已使其越发匮乏，甚至面临枯竭的局面。如何实现可持续发展，共同构建资源节约型和环境友好型社会，是当今世界必须直面的重大课题。因此，燃料电池作为新的能源，它的发展已经显得刻不容缓。以汽车行业为例。随着我国经济的快速发展，汽车工业已经成为我国的支柱产业之一。据统计，2007年我国汽车产量达到850万辆，保有量达到3000多万辆，成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8000万吨，约占我国石油总需求量的1/4。在能源日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫。能源专家、全国政协委员胡里清则把目光锁在了氢能上，氢燃料电池汽车是世界上公认的零排放、低噪音清洁汽车的终极技术方案，是汽车工业节能减排的发展方向。从使用成本上来看，氢燃料电池车的运行成本不足内燃机(汽油)车的一半。传统轿车每行驶100公里需消耗约8~10升汽油，按照93号汽油每升5.19元计算，百公里花费大约50元；氢能燃料电池发动机的轿车100公里消耗1.03公斤氢气，按每公斤15元计算，只需要花费大约15元。“用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。

目前不管从氢能的来源还是技术，我国大力发展燃料电池汽车的时机都已成熟。同时发展新能源汽车，在能源日益紧张的今天应是一种必然趋势。

四、燃料电池的发展现状和前景

我国的燃料电池研究始于20世纪50年代，目前研究燃料电池的单位并不多，虽然燃料电池发动机的关键技术基本已经突破，但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟，这个阶段需要政府加大研发力度的投入，以保证我国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势，包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。虽然国家对燃料电池的研发也给予了很大支持，但是与国外相比还远远不够据悉，国外一些国家和大公司对燃料汽车的研发每年都投入了高达十几亿美元的资金，如美国的通用汽车公司，日本的丰田公司，加拿大的巴拉德公司，德国的奔驰公司等。国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持，不断整合燃料电池各方面优势，带动燃料电池产业链的发展。同时政府还应给予相关的示范应用配套设施，并且对燃料电池相关产业链予以支持、培育等，以加快燃料电池车示范运营相关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推动燃料电池汽车的载客示范运营。

五、结语

随着燃料电池技术的完美发展，应用领域的不断扩大和飞速发展，人类社会在能源问题方面将要迎来一次巨大变革。

参考文献

1. 刘晓星，严流进，绿色电力——燃料电池发展，2008.

2. 姚思童，燃料电池的工作原理及其发展现状，1998.

3. 王菡娟，燃料电池：新能源汽车的发展方向，2008.

4. 王柏东，未来的朝阳产业———燃料电池，2008.

作者单位：西北民大榆中校区化工学院