燃料動力電池研究

燃料動力電池的發展

燃料動力電池是一個獨立的發電廠。它的出現和發展基于電化學、電催化、電極過程動力學、材料科學、化學過程和自動化。自1839年格羅夫發表世界上第一份有關燃料動力電池的報告以來，已經過去了160多年。從技術角度看，我們認識到新概念的出現、發展和完善是燃料動力電池發展的關鍵。例如，燃料動力電池以氣體作為氧化劑和燃料，但氣體在液體電解質中的溶解度很小，導致電池的工作電流密度很低。因此，提出了多孔氣體擴散電極和電化學反應三相界面的概念。多孔氣體擴散電極的出現為燃料動力電池的實際應用供應了必要的條件。為穩定三相界面，采用雙孔結構電極，在電極上加入具有疏水性的材料，如聚四氟乙烯，制備成鍵合疏水電極。為燃料動力電池固態電解質膜,如質子交換膜燃料動力電池和固體氧化物燃料動力電池,為了建立一個三相電極接口,離子交換樹脂或固體氧化物電解質材料混合到electrocatalyst實現三維電極。

材料科學是燃料動力電池發展的基礎。一種性能優良的新材料的發現及其在燃料動力電池中的應用將推動燃料動力電池的快速發展。例如，石棉薄膜的發展及其在堿性電池中的成功應用，保證了石棉薄膜堿性氫氧燃料動力電池在航天飛機上的成功應用。熔融碳酸鹽中穩定偏鋁酸鋰分離器的研制，加速了熔融碳酸鹽燃料動力電池兆瓦級實驗電站的建設。隨著氧化釔穩定氧化鋯固體電解質分離器的發展，固體氧化物燃料動力電池成為未來燃料動力電池彌散電站的研究熱點。全氟磺酸質子交換膜的出現促進了質子交換膜燃料動力電池研究的復興和迅速發展。

20世紀60年代以前，由于水力發電、火力發電和化學電池的迅速發展和進步，燃料動力電池已經處于理論和應用的基礎研究階段，重要是有關概念、材料和原理。燃料動力電池的突破重要是科學家的工作。20世紀60年代，由于載人飛船對大功率、高比功率和高比能量電池的迫切需求，燃料動力電池引起了一些國家和特種部門的高度重視。正是在這樣的背景下，美國引進了培根技術，成功的阿波羅飛船上的重要動力源培根型中溫氫氧燃料動力電池。20世紀90年代以來，為了實現可持續發展，保護地球，造福子孫后代，人類越來越關注環境保護問題。基于質子交換膜燃料動力電池的快速發展，以其為動力的各種電動汽車已經被開發出來，除了成本高之外，其性能可以與柴油機車相媲美。因此，燃料動力電池電動汽車成為美國政府和大型汽車公司關注和競爭的焦點。

從投資的角度來看，之前燃料動力電池投資的發展重要依賴于政府，而現在公司已經成為燃料動力電池的發展，尤其是燃料動力電池電動汽車的投資主體。世界上所有的重要汽車公司和石油公司都參與了燃料動力電池汽車的開發。在短短幾年的時間里，已投入約80億美元開發了41種燃油電動汽車，其中包括24種客車、9種城際巴士和3種輕型卡車。今年，美國宣布了一項25億美元的燃料動力電池汽車發展計劃，其中15億美元來自州政府，10億美元來自三大汽車巨頭。