Überblick über den Forschungsfortschritt bei Brennstoffzellen

1. Definitionen

FuelCells ist ein elektrochemisches Stromerzeugungsgerät, das den Carnot-Zyklus nicht benötigt und eine hohe Energieumwandlungsrate aufweist. Brennstoff und Luft werden getrennt zu Brennstoffzellen geschickt, und Strom wird wunderbar erzeugt. Es betrachtet positive und negative Pole und Elektrolyte von außen wie eine Batterie, kann aber im Wesentlichen keinen "Strom speichern", sondern ein "Kraftwerk". Brennstoffzellen gelten auch als umweltfreundliche Energieumwandlungsvorrichtung, da während des Energieumwandlungsprozesses fast keine Stickstoff- und Schwefeloxide die Umwelt verschmutzen. Aufgrund dieser Vorteile gilt die Brennstoffzellentechnologie als eine der neuen umweltfreundlichen und effizienten Energieerzeugungstechnologien im 21. Jahrhundert. Während die Forschung weiter durchbricht, werden Brennstoffzellen zunehmend in Kraftwerken, Mikrostromversorgungen usw. eingesetzt.

2. Grundstruktur

Die Grundstruktur der Brennstoffzelle besteht hauptsächlich aus vier Teilen: Anode, Kathode, Elektrolyt und externer Schaltkreis. Normalerweise ist die Anode eine extrem Wasserstoffelektrode und die Kathode ist eine extrem Sauerstoffelektrode. Sowohl die Anode als auch die Kathode müssen eine bestimmte Menge an elektrischem Katalysator enthalten, um die an der Elektrode auftretende elektrochemische Reaktion zu beschleunigen. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich der Elektrolyt.

3. Klassifizierung

Gegenwärtig gibt es viele Arten von Brennstoffzellen und es gibt viele Möglichkeiten, sie zu klassifizieren. Nach verschiedenen Methoden wie folgt klassifiziert:

(1) Klassifiziert nach Betriebsmechanismus: Kann in saure Brennstoffzellen und alkalische Brennstoffzellen unterteilt werden;

(2) Klassifiziert nach Elektrolyttyp: saurer, alkalischer, geschmolzener Salz- oder Festelektrolyt;

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(3) Klassifiziert nach Brennstofftyp: Es gibt direkte Brennstoffzellen und indirekte Brennstoffzellen.

(4) Durch Betriebstemperatur der Brennstoffzelle: niedrige Temperatur (unter 200 ° C); Mittlere Temperatur (200-750 ° C); Hochtemperaturtyp (über 750 ° C).

4. Prinzip

Das Arbeitsprinzip von Brennstoffzellen ist relativ einfach, einschließlich Brennstoffoxidation und Sauerstoffreduktion von zwei Elektrodenreaktionen und Ionentransferprozess. Die frühe Brennstoffzellenstruktur war relativ einfach und erforderte nur Elektrolyte und zwei feste Elektroden, um Ionen zu übertragen. Wenn Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet wird, sind die Anodenreaktion und die Gesamtreaktion der Brennstoffzelle:

Anode: H2 → 2 H + 2 E-

Kathoden: 1/2 O2 + 2 H + 2 E- → H2O

Gesamtreaktion: H2 +1 / 2 O2 → H2O

Unter diesen erreicht H2 die Anode durch Diffusion und wird unter Einwirkung eines Katalysators zu und E-oxidiert. Seitdem erreicht H + die Kathode über den Elektrolyten, und die Elektronen erreichen die Kathode auch, nachdem die Last durch den externen Stromkreis mit Strom versorgt wurde. Dies führt zu einer Reduktionsreaktion (ORR) mit O2.

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II. Brennstoffzellenanwendungen

Heutzutage gibt es viele Arten von Brennstoffzellen, die für unterschiedliche Anwendungsanforderungen entwickelt wurden. Entsprechend der Leitfähigkeitsionenkategorie kann es in saure Brennstoffzellen, alkalische Brennstoffzellen, Lötkarbonatbrennstoffzellen und Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) unterteilt werden. Saure Brennstoffzellen können auch in PEMFC-, Direktalkohol-Brennstoffzellen und Phosphat-Brennstoffzellen unterteilt werden. Alle Arten von Brennstoffzellen haben ihre Arbeitseigenschaften mit Betriebstemperaturen von bis zu -40 ° C und bis zu 1000 ° C. Brennstoffzellentypen können je nach Bedarf ausgewählt werden. Unter diesen ist PEMFC die Brennstoffzelle, die in den letzten Jahrzehnten die größte Aufmerksamkeit erhalten hat. PEMFC hat nicht nur die universellen Eigenschaften von Brennstoffzellen, sondern auch die Vorteile eines schnellen Starts und Arbeitens bei niedrigen Temperaturen, ohne Verlust von Elektrolytflüssigkeit, langer Lebensdauer, spezifischer Leistung und höherer spezifischer Energie. Es gilt als die ideale Lösung, um Verbrennungsmotoren künftig als Kraftwerke für Kraftfahrzeuge zu ersetzen.

Aufgrund der Eigenschaften modularer Brennstoffzellen, des breiten Leistungsspektrums und der Kraftstoffdiversifikation kann es für eine Vielzahl von Gelegenheiten eingesetzt werden: kleine bis Motorroller-Netzteile, mobile Ladegeräte und bis zu Megawatt-Kraftwerke. Tatsächlich ist die Kommerzialisierung von Brennstoffzellen wie ein Feuer weitergegangen. Daten zeigen, dass von 2008 bis 2011 der Weltmarktanteil von Brennstoffzellen als Notstromquellen für Kommunikationsnetzausrüstung, Logistik und Bodenabfertigung am Flughafen um 214 gestiegen ist. Der Marktwert von Brennstoffzellen wird bis 2020 voraussichtlich 19,2 Milliarden US-Dollar erreichen.

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Die Details sollten kurz wie folgt beschrieben werden:

(1) Tragbare Stromversorgung

Die jährliche Umsatzsteigerung bei tragbaren Netzteilen hat viele Energietechnologien angezogen. Zu den Produkten gehören Laptops, Mobiltelefone, Radios und andere mobile Geräte, für deren persönlichen Komfort eine Stromversorgung erforderlich ist. Die grundlegenden Anforderungen an tragbare mobile Stromversorgungen erfordern normalerweise, dass die Stromversorgung die Eigenschaften einer hohen spezifischen Energie, eines geringen Lichts und einer kompakten Leistung aufweist. Die Energiedichte von Brennstoffzellen beträgt normalerweise das 5- bis 10-fache der von wiederaufladbaren Batterien, wodurch sie wettbewerbsfähiger werden. Die Tatsache, dass Brennstoffzellen keine zusätzlichen Ladungen benötigen, ermöglicht es ihnen außerdem, sich an längere wild lebende Tiere anzupassen. Derzeit gibt es Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) und PEMFC, die als militärische Einzelstromquellen und mobile Ladegeräte verwendet werden. Kosten, Stabilität und Lebensdauer sind die technischen Probleme, die Brennstoffzellen lösen müssen, wenn sie auf handliche mobile Stromquellen angewendet werden.

(2) Feste Stromversorgung

Zu den festen Stromquellen gehören Notstromquellen, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und unabhängige Kraftwerke in abgelegenen Gebieten. Gegenwärtig belegen Brennstoffzellen im Vergleich zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien jedes Jahr etwa 70 Megawatt Festnetz. Brennstoffzellen haben eine längere Betriebszeit (etwa das Fünffache der Blei-Säure-Zellen), eine höhere Dichte als Energie, ein geringeres Volumen und eine bessere Anpassungsfähigkeit an die Umwelt. Unabhängige Kraftwerke gelten als die wirtschaftlichste und zuverlässigste Möglichkeit, Strom in abgelegenen Gebieten zu liefern, in denen intelligente Netze schwer zu erreichen sind und in denen Notfälle auftreten. Brennstoffzellen wurden bei vielen Katastrophen als unabhängige Kraftwerke eingesetzt, die eine wichtige Rolle bei der Katastrophenhilfe gespielt haben. Es ist zu beachten, dass ortsfeste Kraftwerke normalerweise eine längere Lebensdauer (mehr als 80.000 Stunden) benötigen. Dies ist die größte technische Herausforderung für die Brennstoffzellentechnologie bei ortsfesten Kraftwerken.

(3) Verkehrsstromversorgung

Verkehrskraft war ein wesentlicher Faktor bei der Entwicklung sauberer Energietechnologien, da 17% des globalen Treibhausgases (CO2) durch Transportkraft auf der Basis fossiler Brennstoffe sowie andere Luftverschmutzungsprobleme wie Dunst erzeugt werden. Der mit H2 betriebene PEMFC gilt als die beste Alternative zum Verbrennungsmotor. Die Hauptgründe sind: (a) das Abgas hat nur Wasser und keinen Schadstoffausstoß; (b) die Brennstoffzelle ist äußerst effizient (53% -59%) und fast doppelt so viele wie herkömmliche Verbrennungsmotoren; (c) Niedrigtemperatur-Schnellstart, geringes Betriebsgeräusch und stabiler Betrieb. Viele Länder der Welt treiben Brennstoffzellentransport-Energieprogramme voran, und Japan ist eines der radikalsten Länder. Japan plant, bis 2025 mehr als 1.000 Ammoniak-Addierstationen zu bauen und 2 Millionen Brennstoffzellenfahrzeuge zu betreiben. 2015 begann die japanische Toyota Motor Corporation mit dem Verkauf von Mirai, der weltweit ersten PEMFC-Stromquelle, und läutete damit eine neue Ära in der Brennstoffzellentechnologie für die Automobilindustrie ein Leistung.

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III. Brennstoffzellenforschung

1. Brennstoffzellenentwicklung

Die Brennstoffzelle ist ein selbstlaufendes Kraftwerk. Seine Geburt und Entwicklung basieren auf Elektrochemie, Elektrokatalyse, Elektrodenprozessdynamik, Materialwissenschaften, chemischen Prozessen und Automatisierung. Seit 1839 veröffentlicht Grove den weltweit ersten Bericht über Brennstoffzellen seit mehr als 160 Jahren. Aus technischer Sicht erkennen wir, dass die Entstehung, Entwicklung und Verbesserung neuer Konzepte der Schlüssel zur Entwicklung von Brennstoffzellen ist. Beispielsweise verwenden Brennstoffzellen Gas als Oxidationsmittel und Brennstoff, aber die Löslichkeit von Gas in flüssigen Elektrolyten ist sehr gering, was zu einer sehr geringen Betriebsstromdichte der Batterie führt. Zu diesem Zweck schlugen die Wissenschaftler das Konzept einer dreiphasigen Grenzfläche zwischen porösen Gasdiffusionselektroden und elektrochemischen Reaktionen vor. Es ist das Aussehen poröser Gasdiffusionselektroden, das Brennstoffzellen die notwendigen Bedingungen für die praktische Anwendung bietet. Um die dreiphasige Grenzfläche zu stabilisieren, wurde eine Zwei-Loch-Strukturelektrode verwendet und ein wasserabweisendes Material wie Polytetrafluorethylen wurde zu der Elektrode gegeben, um eine gebundene wasserabweisende Elektrode herzustellen. Bei Brennstoffzellen mit einem Festelektrolyten als Membran, wie Protonenaustauschmembranbrennstoffzellen und Festoxidbrennstoffzellen, wird Ionenelektronik oder Festoxidelektrolytmaterial in die Elektrik eingemischt, um eine dreiphasige Grenzfläche innerhalb der Elektrode herzustellen Katalysator, um die Elektrode zu erreichen. Dreidimensional.

Die Materialwissenschaft ist die Grundlage für die Entwicklung von Brennstoffzellen. Die Entdeckung eines neuen Hochleistungsmaterials und seine Verwendung in Brennstoffzellen werden die rasche Entwicklung einer Brennstoffzelle fördern. Die Entwicklung von Asbestmembranen und ihre erfolgreiche Anwendung in Alkalibatterien haben den erfolgreichen Einsatz von alkalischen Sauerstoff-Asbestmembran-Brennstoffzellen für Raumfähren sichergestellt. Die erfolgreiche Entwicklung eines Lithium-Metasilikat-Diaphragmas in geschmolzenem Carbonat beschleunigte den Bau eines experimentellen Kraftwerks im MW-Maßstab für geschmolzene Carbonat-Brennstoffzellen. Die Entwicklung von Yttriumoxid-stabilisierten Zirkonoxid-Festelektrolytmembranen hat Festoxidbrennstoffzellen zu einem heißen Forschungsthema für zukünftige dezentrale Brennstoffzellenkraftwerke gemacht. Das Aufkommen von Protonenaustauschmembranen vom Perfluorsulfonsäure-Typ hat zu einer Wiederbelebung der Forschung an Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen geführt, was zu einer raschen Entwicklung geführt hat.

Vor den 1960er Jahren befanden sich Brennstoffzellen aufgrund der raschen Entwicklung und des Fortschritts der Wasserkraft, der thermischen Stromerzeugung und der chemischen Batterien in der Grundlagenforschung in Theorie und Anwendung, hauptsächlich in Bezug auf Konzept, Materialien und Prinzipien. Der Durchbruch bei Brennstoffzellen beruht hauptsächlich auf den Bemühungen von Wissenschaftlern. In den 1960er Jahren haben Brennstoffzellen aufgrund des dringenden Bedarfs an bemannten Raumfahrzeugen für Batterien mit hoher Leistung, hoher spezifischer Leistung und hoher spezifischer Energie die Aufmerksamkeit einiger Länder und Militärabteilungen auf sich gezogen. In diesem Zusammenhang haben die USA die Technologie von Bacon eingeführt, um die Hauptstromquelle des Apollo-Mondlanderaums, die Mitteltemperatur-Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle vom Bacon-Typ, erfolgreich zu produzieren. Seit den 1990er Jahren widmen die Menschen dem Umweltschutz immer mehr Aufmerksamkeit, um eine nachhaltige Entwicklung zu erreichen, die Erde zu schützen und künftigen Generationen zu helfen. Basierend auf dem raschen Fortschritt der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen wurden verschiedene von ihnen angetriebene Elektrofahrzeuge eingeführt. Neben den hohen Kosten ist ihre Leistung mit der von Diesellokomotiven vergleichbar. Daher stehen Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit und des Wettbewerbs der US-Regierung und großer Automobilunternehmen.

In Bezug auf Investitionen hängt die Investition in die Entwicklung von Brennstoffzellen hauptsächlich von der Regierung ab. Bisher ist das Unternehmen jedoch die Hauptinvestition in die Entwicklung von Brennstoffzellen, insbesondere von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen. Alle großen Automobil- und Ölunternehmen der Welt waren an der Entwicklung von Brennstoffzellenfahrzeugen beteiligt. In nur wenigen Jahren haben sie rund 8 Milliarden US-Dollar investiert. Es gibt 41 Arten von Elektrofahrzeugen, die erfolgreich entwickelt wurden, darunter 24 Personenkraftwagen und Busse. 9 Arten von Bussen und 3 Arten von leichten Lastwagen. In diesem Jahr kündigten die Vereinigten Staaten einen Plan an, 2,5 Milliarden US-Dollar in die Entwicklung von Brennstoffzellen-Elektroautos zu investieren, von denen der Staat 1,5 Milliarden US-Dollar und die drei großen Automobilunternehmen 1 Milliarde US-Dollar investierten.

2. Forschungsstatus der alkalischen Brennstoffzelle (AFC)

Die Batterie verwendet 35% bis 45% KOH als Elektrolyt und dringt bei einer Betriebstemperatur von weniger als 100 ° C in ein poröses, inertes Matrixmembranmaterial ein. Der Vorteil dieser Art von Batterie besteht darin, dass die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit von Sauerstoff in der Alkaliflüssigkeit größer ist als die in der sauren Flüssigkeit, so dass eine große Stromdichte und Ausgangsleistung vorhanden sind, das Oxidationsmittel jedoch reiner Sauerstoff und die Menge sein sollte Der Edelmetallkatalysator in der Batterie ist groß und die Nutzungsrate nicht hoch. Gegenwärtig ist die Entwicklung einer solchen Brennstoffzellentechnologie sehr ausgereift und wurde erfolgreich in der Raumfahrt und in U-Booten eingesetzt. In China wurde ein alkalisches 200-W-Ammoniak-Luft-Brennstoffzellensystem entwickelt und alkalische 1-kW-, 10-kW- und 20-kW-Brennstoffzellen hergestellt. In den späten neunziger Jahren wurden sehr wertvolle Ergebnisse bei der Verfolgung der Entwicklung erzielt. Die Kerntechnologie für die Entwicklung alkalischer Brennstoffzellen besteht darin, die Zerstörung alkalischer Elektrolytkomponenten durch Kohlendioxid zu vermeiden, unabhängig davon, ob es sich um einen Teil des Kohlendioxids in der Luft oder des im Kohlenwasserstoff-Reformiergas enthaltenen Kohlendioxids handelt. Entfernungsverarbeitung, die zweifellos die Gesamtkosten des Systems erhöht. Außerdem muss das durch die elektrochemische Reaktion der Batterie erzeugte Wasser rechtzeitig abgelassen werden, um den Wasserhaushalt aufrechtzuerhalten. Daher ist die Vereinfachung des Entwässerungssystems und des Steuerungssystems auch die Kerntechnologie, die bei der Entwicklung alkalischer Brennstoffzellen gelöst werden muss.

3. Forschungsstatus der Phosphorsäure-Brennstoffzelle (PAFC)

Diese Batterie verwendet Phosphorsäure als Elektrolyt und hat eine Betriebstemperatur von etwa 200 ° C. Der herausragende Vorteil besteht darin, dass die Menge an Edelmetallkatalysator im Vergleich zur Brennstoffzelle mit alkalischem Hydroxid stark reduziert ist, die Reinheit des Reduktionsmittels stark reduziert werden muss und der Kohlenmonoxidgehalt 5% erreichen kann. Solche Batterien verwenden im Allgemeinen organische Kohlenwasserstoffe als Brennstoff, positive und negative Elektroden bestehen aus porösen Elektroden aus Polytetrafluorethylen, Elektroden sind mit Pt als Katalysator beschichtet und Elektrolyte bestehen zu 85% aus H3PO4. Es hat eine stabile Leistung und eine starke Leitfähigkeit im Bereich von 100 bis 200 ° C. Phosphorsäurebatterien sind billiger herzustellen als andere Brennstoffzellen und stehen kurz vor der zivilen Nutzung. Derzeit nutzt das weltweit leistungsstarke Brennstoffzellenkraftwerk die Batterie dieses Brennstoffs. Die Vereinigten Staaten haben Phosphorsäure-Brennstoffzellen als nationale wissenschaftliche Forschungsforschungsprojekte für Forschung und Entwicklung aufgeführt und Phosphorsäure-Brennstoffzellen mit einer Leistung von 200 kW an die Welt verkauft. Japan hat die weltweit größte Phosphorsäure-Brennstoffzelle (11 MW) hergestellt. Zu Beginn des Jahres 2002 hatten die USA weltweit 235 Sätze von 200-kW-PAFC-Stromerzeugungsgeräten mit einer kumulierten Stromerzeugung von 4,7 Millionen Stunden installiert und getestet und 2001 23 Sätze verkauft. In den USA und Japan mehrere Sätze von Geräten das Entwurfsziel von 10.000 Stunden kontinuierlicher Stromerzeugung erreicht haben; Derzeit sind in Europa fünf Sätze von 200-kW-PAFC-Stromerzeugungseinheiten in Betrieb. Japans Furi Electric und Mitsubishi Electric haben 500-kW-PAFC-Stromerzeugungssysteme entwickelt. Chinas Wei Zidong und andere führten Pt3 (Fe / Co) / C-Sauerstoffreduktions-Elektrokatalysatorforschung durch und schlugen den Verankerungseffekt von Fe / Co auf Pt vor. Die Energieerzeugungstechnologie für Phosphorsäure-Brennstoffzellen wurde schnell entwickelt, ihre Entwicklungszeit wird jedoch aufgrund von Entwicklungsverzögerungen wie langer Startzeit und niedrigem Abwärmenutzungswert verlangsamt.

4. Forschungsstatus der Brennstoffzelle für geschmolzenes Carbonat (MCFC)

Die Batterie verwendet ein niedrigschmelzendes Gemisch aus zwei oder mehr Carbonaten als Elektrolyt, wie beispielsweise ein Niedertemperatur-Eutektikum aus Alkalicarbonat, das in ein poröses Substrat infiltriert wird, und die Elektrode wird aus Nickelpulver gebrannt, und das Kathodenpulver enthält eine große Menge. Übergangsmetallelemente werden hauptsächlich in den USA, Japan und Westeuropa als Stabilisatoren verwendet. Es wurde eine externe gemeinsame geschmolzene Carbonat-Brennstoffzelle vom Typ 2 bis 5 MW eingeführt, und es wurden Durchbrüche bei der Lösung des Leistungsabfalls und der Elektrolytmigration von MCFC erzielt. Das US-amerikanische Brennstoffzellen-Energieunternehmen testet derzeit 263 kW MCFC-Kraftwerke im Labor. Italiens Ansaldo arbeitete mit Spaniens spanischen Unternehmen zusammen, um ein 100-kW-MCFC-Kraftwerk und ein 500-kW-MCFC-Kraftwerk zu entwickeln. Japans Hitachi, Ltd. entwickelte die 1MMCFC-Stromerzeugungseinheit im Jahr 2000, Mitsubishi entwickelte die 200-kW-MCFC-Stromerzeugungseinheit im Jahr 2000 und Toshiba entwickelte eine kostengünstige 10-kW-MCFC-Stromerzeugungseinheit. China hat MCFC offiziell in den nationalen „Neunten Fünfjahresplan“ aufgenommen und eine Brennstoffzelle mit 1 bis 5 kW geschmolzenem Carbonat entwickelt. Kathoden, Anoden, Elektrolytmembranen und Bipolarplatten in MCFC sind die vier Hauptschwierigkeiten in der Grundlagenforschung. Die Integration dieser vier Komponenten und das Management von Elektrolyten bilden den technischen Kern der Installation und des Betriebs von MCFC-Batteriepacks und Kraftwerksmodulen.

5. Forschungsstatus der Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC)

Der Elektrolyt in der Batterie ist ein Verbundoxid, das bei hohen Temperaturen (unter 1000 ° C) eine starke ionenleitende Funktion hat. Dies liegt daran, dass der Ionenzustand der gemischten Ionen wie Calcium, Barium oder Strontium niedriger ist als der von Zirkoniumionen, und einige Sauerstoffanionengitterräume geräumt werden, um Elektrizität zu leiten. Gegenwärtig entwickeln Länder auf der ganzen Welt solche Batterien, und es wurden erhebliche Fortschritte erzielt, aber es gibt Nachteile: hohe Herstellungskosten; zu hohe Temperatur; dielektrische Risse; großer Widerstand. Festoxidbrennstoffzellen, die durch verschiedene Strukturen wie rohrförmig, flach und gewellt gebildet werden, wurden entwickelt, und solche Brennstoffzellen werden Brennstoffzellen der dritten Generation genannt. Mehrere Unternehmen in den USA und Japan entwickeln 10-kW-SOFC-Kraftwerke mit planaren Turbinen. Das deutsche Unternehmen Siemens-Westinghouse Electric testet einen 100-kW-SOFC-Rohrreaktor und die USA einen 25-kW-SOFC-Reaktor. Die meisten Binnenländer befinden sich in der Grundlagenforschung der SOFC. Der Betrieb von SOFC bei hohen Temperaturen bringt auch eine Reihe von Materialien, Dichtungs- und Strukturproblemen mit sich, wie z. B. Sintern der Elektroden, chemische Diffusion der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektroden und Anpassung zwischen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und bipolaren Plattenmaterialien. Stabilität und so weiter. Diese schränken auch die Entwicklung von SOFC in gewissem Maße ein und werden zu einem Schlüsselaspekt ihres technologischen Durchbruchs.

6. Forschungsstatus der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC)

PEMFC ist die Brennstoffzelle der fünften Generation, die sich nach AFC, PAFC, MCFC und SOFC schnell entwickelt. Es ist die niedrigste Temperatur, das höchste Energieverhältnis, der schnellste Start, die längste Lebensdauer und wird am häufigsten verwendet. Es ist für die Luft- und Raumfahrt und die militärische Macht. Entwickelt. In den Ergebnissen der sozialen Umfrage des Time Magazine wurde es als eine der zehn besten neuen Technologien im 21. Jahrhundert aufgeführt. Die heimische Forschung und Entwicklung ist repräsentativ für den Einsatz der AFC-Technologie, um eine umfassende PEMFC-Forschung aufzubauen. Es wurden auch umfangreiche Arbeiten zur Herstellung, Charakterisierung und Analyse von PEMFC- und Pt / C-Elektrokatalysatoren unter Verwendung von Polystyrolsulfonatmembranen als Elektrolyten durchgeführt. Eine Reihe von Unternehmen in den USA, Japan, Sanyo, Mitsubishi und anderen Unternehmen haben ebenfalls tragbare PEMFC-Stromerzeugungsreaktoren entwickelt. Electric Systems Canada hat in Zusammenarbeit mit EBARA aus Japan 250 kWPEMFC-Stromerzeugungsanlagen und tragbare 1 kWpEMFC-Stromerzeugungssysteme entwickelt. Deutschland hat in Berlin einen 250kWPEMFC-Versuchsreaktor gebaut. Die Kerntechnologie der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle ist die Herstellungstechnologie der Elektroden-Membran-Elektroden-Drei-in-Eins-Komponente. Um sich auf das Gas auszubreiten, werden der Elektrode Protonenleiter hinzugefügt und der Kontakt zwischen der Elektrode und der Membran wird verbessert. Die Elektrode, die Membran und die Elektrode werden mittels Heißdruck zusammengepresst, um eine Drei-in-Eins-Elektrode-Membran-Elektroden-Anordnung zu bilden. Die technischen Parameter der Protonenaustauschmembran wirken sich direkt auf die Leistung der Tri-in-One-Komponente aus und beeinflussen daher die Betriebseffizienz der gesamten Zelle und Batterie. Der Preis von PEMFC schränkt auch den Vermarktungsprozess ein. Daher sind die Verbesserung der erforderlichen Komponentenleistung und die Reduzierung der Betriebskosten wichtige Richtlinien für die Entwicklung von PEMFC.

7. Forschungsstatus von direkten Kohlenstoffbrennstoffzellen

Im Vergleich zur direkten Verbrennung von Kohlenstoff weisen Brennstoffzellen mit direktem Kohlenstoff eine geringe Umweltverschmutzung und eine hohe Energienutzung auf, was eine ideale Methode zur Kohlenstoffverwertung darstellt. Der Forschungsbericht über DCFC erschien erstmals 1896. Jacques verwendet Kohle als negative Elektrode, Eisen als positive Elektrode und ein Batteriesystem mit geschmolzenem NaOH als Elektrolyt und 100 Zellen zur Bildung des Batteriestapels. Wenn die Betriebstemperatur des Batteriestapels 400 bis 500 ° C beträgt, beträgt die Gesamtausgangsleistung 1,5 kW, die Stromdichte bis zu 100 mA? Cm-2. Direkte Kohlenstoffbrennstoffzellen verfügen über eine breite Palette von Rohstoffen und haben das Potenzial, die Verwendung von kohlenstoffhaltigen Abfällen zu realisieren, stehen jedoch immer noch vor dem Problem von Verunreinigungen im Brennstoff, die zum Versagen der Elektroden und Elektrolyte führen.

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