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现有燃料电池的改进措施

第一篇：现有燃料电池的改进措施现有燃料电池的改进措施作者：张忠伟学号：10083496班级：工优080摘要：介绍了现有的燃料电池及其分类，在应用过程中所遇到的相关问题及最新的改进措施。关键词：燃料电池，应用，改进措施。1.按燃料电池的运行机理分，分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。2.按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质。燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等、直接甲醇燃料电池(DMFC)、微生物燃料电池(MFC)。3.按燃料类型分，有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。氢能源燃料电池的改进一项研究指出，新的高温燃料电池也许能提高燃料电池的“开采到车轮”效率。这个改进了的燃料电池，能用过剩的燃料电池热量来驱动碳氢化合物到氢的反应，来生产制造电力所需要的氢。在这个新的固体氧化物燃料电池中，将碳氢化合物转化为氢的阳极上添了一个钌和铈的“重整层”，使转化过程中阳极上没有碳的沉积。过去，燃料电池内，镍阳极上的碳沉积(也叫炼焦)，使科学家不能利用燃料电池热量将碳氢化合物“重整”为氢的这种高能量效率的方法。当将重整层加到阳极上后，重整层从高纯度的碳氢化合物燃料异辛烷中生产出氢。这种燃料电池能达到0．3—0．6W／cm的能密度。质子交换膜燃料电池PEMFC的性能受压力和温度等条件及电池堆内部结构的影响，存在着很多难以确定的参数。模拟退火(SAA)算法、遗传(GA)算法和粒子群优化(PSO)算法等已对这些参数进行了优化，但仍有不足，如存在可能陷入局部极值的问题PSO算法以种群行为原则来激励粒子的运动。每个潜在解与粒子的速度相联系，该速度不停地根据粒子及与该粒子邻近的粒子的经验来调整，总是希望粒子向更好的方向发展。改进PSO算法是一种随着算法迭代次数的增加使惯性权重线性下降的方法，实现了动态地修改惯性权值，采用改进PSO算法，对PEMFC的极化曲线模型进行参数估计，以寻找一组最优解，提出了一种优化燃料电池模型的方法，并用于质子交换膜燃料电池的极化曲线模型，以得到最优参数。结果表明，这种优化模型的平均平方误差(MSE)为4．42x10V，相关系数为99．87％，数学模型和实验数据之间的拟合精度高。Nafion质子交换膜应用于固体聚合物燃料电池中但因存在甲醇渗透问题，使其在直接甲醇燃料电池中的应用受到限制。由于Nafion膜具有多种优良特性，特别是极佳的质子导电性能，使它成为DMFC中质子交换膜的首选。这种DMFC的电池性能十分优良，能量密度可达0．18W/cm2以上.Nation膜应用于直接甲醇燃料电池中还有许多亟待解决的问题。其中之一是在对Nafion膜的修饰改性后，降低了甲醇分子渗透率的同时也降低了膜的质子导电性，使电池性能受到影响。因此，以后的研究工作应着眼于在保持Nation膜优良质子导电性的情况下，对其进行改进，降低甲醇渗透率，使电池的综合能量效率得以提高。碱性介质空气电极性能的改进：La2O3，作为催化层的添加剂可以提高催化剂对氧气还原的催化活性,在碱性介质中，La2O3是对空气电极具有较理想的助催化效果的添加剂。在催化层中掺杂1．8％(质量百分数)La2O3最利于空气电极中氧气的扩散及过氧化氢根离子在催化剂Mn5O8和γ-Mn2O3上面吸附、分解．从而降低HO2对电极性能的负面影响；并且，在此条件下，相应锌-空气电池的放电电压最高锰的氧化物作为空气电极的催化剂具有高效、价廉的优点在此基础好上添加少量的稀土氧化物La2O3可以提高空气电极的放电电压，在一定程度上减轻空气电极的极化。这将有利于空气电极在大电流放电场合下的运用(如应用于电动汽车等领域)美国利用纳米材料改进燃料电池:低温燃料电池一般需要铂来作催化剂。但在发电过程中，会产生一氧化碳。如果不加以处理，一氧化碳就会使铂催化剂失去效用。为此，制作燃料电池时就需要建立专门的系统，一-102用于把一氧化碳转化成二氧化碳，但这一过程费时费力。由威斯康星大学的詹姆斯教授带领的研究小组发现的一项新成果将影响燃料电池的发展。他们在聚合电解膜(PEM)上包上纳米材料。结果发现，铂会催化一氧化碳和水反应，生成二氧化碳等。这样，就不需要专门加温来排除掉一氧化碳了。[1]王祖浩．普通高中课程标准实验教科书·化学2(必修)．南京：江苏教育出版社，2007：40[3]林雏明．燃料电池系统.北京;化学工业出版社。1996：63~76．[4]方度,扬肇驿.全氟离子变换膜——制法、性能和应用.北京;化学工生出版社．1993：27~3