燃料电池的演化及发展探析摘要：对燃料电池的工作原理进行了详细的分析；对其演化过程进行了简述；对其最新技术进行了详细的研究；对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。关键词：燃料电池；碱性燃料电池；磷酸型燃料电池；熔融碳酸型燃料电池；固体氧化物燃料电池；直接醇类燃料电池；固体高分子膜燃料电池随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，因此环保问题引起了各国政府的重视。为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正在逐步成为一种趋势。经过了各方的互相协作和努力，燃料电池技术正日趋成熟。作为一项重要技术，从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。1 燃料电池的演化过程1．1 燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。1．2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展2．1 碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的AFC在潜艇动力实验上获得了成功。国内对AFC的研究工作是从20世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC进行基础研究。上世纪70年代，由于航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC的研究。2．2 磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了PAFC是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对PAFC的研究工作相对较少。尽管如此，在对PAFC的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co对Pt的锚定效应。2．3 熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃ 的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C动力公司。而日本对MCFC的主要是NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的MCFC研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW的MCFC单电池的长期运行试验，到1995年l1月止，累计运行了4万小时，确证了MCFC实用化的可能。德国MTU宣布在MCFC技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对MCFC的研究是中科院大连化物所从1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2．4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC是属于第三代燃料电池技术。20世纪60年代，美国就已将PEMFC应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20世纪80年代，加拿大Ballad公司才展开对PEMFC的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了1000W／L、700W／kg的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad公司在这一技术领域处于领先地位。国内对PEMFC的研究是从20世纪70年代天津电源研究所展开一聚苯乙烯蟥酸膜为电解质的PEM—FC基础研究。但进展缓慢。而国外在这一领域发展较快。因此在90年代开展了PEMFC的跟踪研究。目前，在PEM 方面，国内技术在多个方面取得了突破，北京富原新技术开发总公司已出现了50W、75W、150W、5KW 等样机。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型质子交换墨燃料电池系统，这大大缩小了与世界先进水平的距离。
近两年，废电池对环境的影响成为国内媒体热门话题之一。有的报道称电池对环境污染很严重，一节电池可以污染数十万立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害，这些报道在社会上引起了很大反响，有很多热爱环保的人士和团体开展或参加了回收废电池的活动。 然而，国家环保总局有关人士却认为，废电池不用集中回收，以前有关废电池危害环境的报道缺乏科学依据，在某种程度上对群众造成了误导。那么，废电池怎样处理才科学呢?本文拟就此问题作以简要介绍，以期帮助大家更科学地认识废电池处理问题，更好的保护我们的环境。 废电池里面到底有哪些污染物 清华大学环境科学与工程系的博士生导师聂永丰教授，带领课题组专门对废电池的危害和处理做过研究。他介绍说，近年来关于废旧电池给环境带来危害的报道的确很多，但是遗憾的是，这些报道未向读者或观众说明支持其结论的科研内容，没有向读者介绍其分析推理过程，也没有列举因干电池造成污染的实际案例，只有“污染严重”的结论。 废电池中含有哪些有害物质，这些物质通过什么样的机理释放到环境中，会对环境造成多大程度的损害，国内外有无废干电池引起严重污染的案例，发达国家是怎样解决这个问题的?带着疑问，课题组作了全面深入的调查，得出的结论与一些新闻报道相去甚远，这些报道确有不切合实际和偏激之处。 聂教授介绍说，电池产品可分一次干电池(普通干电池)、二次干电池(可充电电池，主要用于移动电话、计算机)、铅酸蓄电池(主要用于汽车)三大类。用量最大、群众最关心，报道最多的是普通干电池。下面所说的电池均指普通干电池。 电池主要含铁、锌、锰等，此外还含有微量的汞，汞是有毒的。有报道笼统地说，电池含有汞、镉、铅、砷等物质，这是不准确的。事实上，群众日常使用的普通干电池生产过程中不需添加镉、铅、砷等物质。 废电池中的汞没有对环境构成威胁 汞的挥发温度低，是一种毒性较大的重金属。很多地方的土壤中也含有微量的汞，在汞矿开采、提炼、含汞产品加工过程中，如密闭措施不够完备，释放到空气中的汞(蒸气)对操作人员的健康影响很大。 电池中虽然含有汞，但由于是添加剂，其含量很少。即便是高汞电池，含汞量一般也在电池重量的千分之一以内。我国电池行业全年的用汞量，大体上与一个汞法聚氯乙烯，或汞法炼金，或高汞铅锌矿采选的企业年排放废水中的含汞量相当。由于电池消费区域大，含汞废电池进入生活垃圾处理系统以后，对环境的影响比前述一个化工企业排放含汞废水所造成的影响要小得多，况且电池使用了不锈钢或碳钢做外包皮，有效地防止了汞的外漏。因而废电池分散丢弃在生活垃圾中，其危害微乎其微，在客观上不可能造成水俣病之类的危害。日本的水俣病是化工企业几十年向一条河流排放大量含汞废水，下游水系中汞逐渐累积造成的。 含汞电池正在被无汞电池代替 当然，含汞废电池毕竟对环境有负面影响(哪怕是轻微的)。因此，在1997年底，国家经贸委、中国轻工总会等9部门联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，借鉴发达国家的经验，要求国内电池制造企业逐步降低电池汞含量，2002年国内销售的电池要达到低汞水平，2006年达到无汞水平。 从实际进展来看，国内电池制造业基本按照《规定》要求在逐步削减电池汞含量。据中国电池工业协会提供的数据，我国电池年产量为180亿只，出口约100亿只，国内年消费量约80亿只，基本已达到低汞标准(汞含量小于电池重量的％)。其中约有20亿只达到无汞标准(汞含量低于电池重量的％)。 聂教授最后强调，截至目前国内外均无废电池造成严重污染的报道或科研资料，有关废电池污染环境的说法的确缺乏科学根据，对群众造成了误导。 废电池集中回收处理不当会造成污染 如果按某些报道呼吁的那样，在我国建造一个专业的、能够批量处理废电池的工厂，是否可行呢?国家环保总局污控司固体处彭德富工程师介绍说，建设一个废电池回收处理厂，需要投资1000多万元人民币，而且还要每年至少回收4000多吨废旧电池，工厂才能运转起来。而实际上要回收这样大数量的废电池十分困难。以首都北京为例，在大力宣传和鼓励下，3年才回收了200多吨。在环保模范城杭州市，废电池的回收率也只有10%。据了解，目前瑞士和日本已建好的两家可加工利用废旧电池的工厂，现在也因吃不饱经常处于停产状态。这不得不让我们慎重考虑投资建回收厂的问题。
作者: Raymond George Klaus Hassmann【摘要】燃料电池具有非同寻常的性能： 电效率可达60％以上，而且可以在带着部分负荷运行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍按温度划分的4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC和SOFC)的性能，重点介绍高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are Well uder way toward penetrating the power market,covering a wide range of application．This paper introduces the main four types of fuel cells which are PEMFC,PAFC，MCFC and SOFC．Then it puts the emphasis on SOFC and its application market． 燃料电池是通过由电解液分隔开的2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比，燃料电池具有非同寻常的特性：它的电效率可达60％以上，可以在带部分负荷运行的情况下进行维修，而且除了排放低比率碳氧化物外，几乎没有任何其他的有害排放物。1 燃料电池的分类 目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型，从比室温略高直到高达1000℃的范围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下4种主要类型上：(1)运行温度在60-80℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC)；(2)运行温度在160-220℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC)；(3)运行温度在620-660℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC)；(4)运行温度在880-1000℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC)。 可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100℃及以下)、中温型(约200℃左右)及高温型(600-l000℃)燃料电池。 表1简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装置上，而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。 实用装置的功率容量差别也很大，可以给笔记本电脑及移动电话供电(数以W计)，也可以给居民住宅(数kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百KW到数MW)供电。 最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。 根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明，就发电成本而言，SOFC型燃料电池要PEM型低30％。这个结果是根据SOFC型燃料电池的电效率比PEM型的高，这2种燃料电池最终都可以达到l000美元／KW的投资成本这一假设条件而推导出来的。 2 高温燃科电池 高温型燃料电池具有许多适于在静止式装置上使用的特性。但是在高温型燃料电池产生出电能之前需要较长的加热过程，因而这种技术不能应用于要求在短时间内频繁起动的各种实用装置。此外，高温型燃料电池还具有以下特点： (1)不需要使用贵金属来催化电化学反应。一般情况下使用陶瓷材料。 (2)对CO完全没有限制。CO参加到电化学反应过程并像H2一样被氧化。 (3)对燃料表现出高度灵活性。可以给这类燃料电池发电设备供应天然气，天然气在设备内部被转换成H2和CO。这意味着无需任何外部燃料，从而大大简化了发电设备的平衡问题。 (4)高温可以将燃气轮机连接到该系统上，在这种情况下，燃料电池发电设备是在300kPa压力下运行，并在不考虑燃气轮机输出的情况下将燃料电池的功率密度提高约20％，因此使总的电效率提高10％，可成倍地降低使用期限成本。 (5)较高的运行温度也为排热提供了更多的灵活性。在电效率达60％或更高水平的联合循环系统中可限制废热排放，而在单循环下则会排放出更多的热量。 MCFC和SOFC是这类高温型燃料电池的2种技术。它们使用的材料不同。MCFC是在一只陶瓷容器中放入液态的金属碳酸盐作为电解液，如果没有采取防止电极老化的措施，燃料电他的使用寿命会受到影响。 在MCFC中电化学反应是由CO3离子引发的。MCFC采用的是颊型电池，和SOFC型的管形设计方案相比，这种颊型电他的功率密度要稍微高一些。这在成本上要比SOFC型装置优越。但在另一方面，由于SOFC所用的陶瓷材料非常稳定，可以用在950-1000℃范围内，所以SOFC装置在抗老化性能上更具优越性。到目前为止，所有的长期电池试验和正在运行的试验性机组都表明SOFC型装置的使用寿命可以达到70 000-80 000h，是MCFC型的2倍。 MCFC和SOFC 2种技术在进行100-250kW功率范围的单循环现场试验中，成本都有大幅度的下降。目前在MCFC开发上占有主导地位的是美国的Fuel Cell Energy公司及其在德国的授权单位MTU，日本的Ishikawajima-Harima重工(IHI)和三菱公司等。而Siemens Westinghouse在SOFC开发上处于领先水平。3 中温型燃料电池 目前磷酸类燃料电池(PAFC)是具有最先进技术的燃料电池。80年代，IFC(国际燃料电池公司)决定对其前期商业化生产线进行投资，制造和销售200kW的PAFC装置，并将其投入市场。东芝公司在80年代末就已经努力使PAFC技术进入商用市场。从此，PAFC技术就一直在静止燃料电池的市场中占据着显赫的位置。迄今为止，全球已经安装了150多套PAFC燃料电池装置。 研究表明，这种燃料电池未能实现市场商业化的原因大致有以下几方面： (1)电效率最高为40％，超过维修期限后会降到35％甚至更低水平。通常情况下设备的使用期限不超过20 000运行h。 (2)有些试验性的设备(如东芝公司管理的1套11MW设备未能达到顶期的性能水平。 (3)美国和日本政府大幅度削缩用于PAFC技术研究和开发的投资。 (4)从迄今积累的经验及在改善设计参数和降低产品成本方面的潜力来看，让PAFC技术成功地跻身于当今的市场中的可能性是极低的。4 SOFC在配电市场方面的潜力 Siemens Westinghouse公司根据对市场的分析，决定采取必要的措施加快SOFC技术进入市场的步伐。预计在2003-2004年提供第l批产品，进入商业性生产前的试验阶段，装置容量从目前的2MW扩大到15MW。 北美和欧洲被认为是SOFC燃料电池技术最有希望的市场。Hagler Bailly公司和西门子公司对功率范围为250 kW-l MW的市场进行了调查，结果表明到2005年SOFC燃料电池的市场容量为每年10000MW。北美和欧洲几乎各占50％。考虑到北美洲用户的结构和他们的需求，在北美洲各类小型发电机组的总容量在2010年可能达到每年约1000MW，其中600MW可能是燃料电池发电装置。在各种类型的燃料电池中，SOFC的市场份额约占40％，到2010年在北美洲SOFC的全年销售额将达到亿美元。 在竞争日益激烈的配电市场中的另一个获胜者是微型燃气轮机，主要是作为备用电源或辅助电源。由于SOFC和微型燃气轮机的特性适于不同的应用场所，SOFC效率高但投资成本也高，而微型燃气轮机成本低但效率也低，因而这2种技术不会产生市场上竞争。而往复式发动机会逐渐失去其在市场中的份额。 欧洲电网要比北美洲电网强大得多，欧洲电网强化了集中的大型发电厂的作用。因此在北美洲经常出现的分散式电热设备和动力装置的供电质量和供电可靠性问题在欧洲是不突出的。但另一方面，在欧洲对能量储存更为敏感。 此外，一些国家政府将颁布新的规程和法律及新的能源价格，预计欧洲各国之间市场份额会有重大差异。在有些情况下这个过程会给SOFC用于配电装置起到一定的促进作用。此外，欧洲的自由化近程落后于北美洲。因此，市场预测结果会有很大程度的不确定性。5 SOFC技术应用的扩展 使用天然气作为燃料的SOFC是车载式装置，其扩展应用可有以下几种形式：(1)家庭应用：新一代燃料电池将是扁平管型的，其功率密度是目前所用圆柱型燃料电池技术的2倍，因而将制造出5kW的燃料电池装置。这种设计方案是可行的，在配电市场中可以替代圆柱型燃料电池。(2)l0MW以上的系统装置：很显然，只要SOFC技术占有了功率范围在250-10MW的市场，那么下一步最必然的是要争取占有l0MW以上更大规模发电设备的市场。通过把更多SOFC链接起来便能实现这个目标，也满足了高效率低成本的要求。20MW级规模燃料电池的电效率已经接近甚至超过70％。(3)用液态燃料运行：使用天然气作为燃料将SOFC的应用局限在靠近天然气供气网的区域内，从而使这项新技术的应用受到限制。因此存在着让SOFC使用液态燃料的迫切要求。因此，应与大型石油公司合作进行该课题的研究开发，选择一种适宜的液体燃料并设计出最适于使用这种新燃料的SOFC发电装置，以便为边远的用户服务。 (4)C02的分离：Shell公司和 Siemens Westinghouse公司正在共同研制一种能将CO2从完全反应后的燃料中分离的SOFC设飞方案。例如，当把其装在用于回收油的平台上时，可以把CO2用泵压到地下储层中，这不但可省去CO2的排放税，还可提高原油的产出量。 (5)综合性应用：CO2分离装置可能是点火的火花装置，它使得SOFC在一种封闭且可再生的能量循环中成为关键性部件。经过-段时间，SOFC能产生出热量和电力，例如用于大型暖房的设施中，SOFC装置产生的C02可用来加快植物的生长。而任何一种农作物收获后的剩余有机物都可以转化为气体供给SOFC作燃料。
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由于中国和印度的经济持续强劲增长，在2006年至2030年期间，其一次能源需求的增长将占世界一次能源总需求增长量的一半以上。中东国家占全球增长量的11%，增强了其作为一个重要的能源需求中心的地位。总的来说，非经合组织(Non-OECD)国家占总增长量的87％。因此，它们占世界一次能源需求比例从51％上升至62％，它们的能源消费量超过经合组织（OECD）成员国2005年的消费量。 全球石油需求（生物燃料除外）平均每年上升1％ ，从2007年8500万桶/日增加到2030年亿桶/日。然而，其占世界能源消费的份额从34％下降到30％ 。 现代可再生能源技术发展极为迅速，将于2010年后不久超过天然气，成为仅次于煤炭的第二大电力燃料。可再生能源的成本随着技术的成熟应用而降低，假设化石燃料的价格上涨以及有力的政策支持为可再生能源行业提供了一个机会，使其摆脱依赖于补贴的局面，并推动新兴技术进入主流。在本期预测中，风能、太阳能、地热能、潮汐和海浪能等非水电可再生能源（生物质能除外）的增长速度为，超过任何其它能源的全球年均增长速度。电力行业对可再生能源的利用占大部分的增长。非水电可再生能源在总发电量所占比例从2006年的1％增长到2030年的4％。尽管水电产量增加，但其电力的份额下降两个百分点至14％。经合组织（OECD）国家可再生能源发电的增长量超过化石燃料和核发电量增长的总和。 目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。 目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。 我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。 新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。 太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。 风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。 再生能源和非再生能源 人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源，反之称为非再生能源。风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源；煤、石油和天然气等是非再生能源。地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大的蕴藏量来看，又具有再生的性质。核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出 5～10倍，核聚变最合适的燃料重氢（氘）又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。核能是未来能源系统的支柱之一。 随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加，现在许多发达国家都更加重视对可再生能源、环保能源以及新型能源的开发与研究；同时我们也相信随着人类科学技术的不断进步，专家们会不断开发研究出更多新能源来替代现有能源，以满足全球经济发展与人类生存对能源的高度需求，而且我们能够预计地球上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去探寻与研究。 中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。 现代可再生能源技术发展极为迅速，将于2010年后不久超过天然气，成为仅次于煤炭的第二大电力燃料。可再生能源的成本随着技术的成熟应用而降低，假设化石燃料的价格上涨以及有力的政策支持为可再生能源行业提供了一个机会，使其摆脱依赖于补贴的局面，并推动新兴技术进入主流。在本期预测中，风能、太阳能、地热能、潮汐和海浪能等非水电可再生能源（生物质能除外）的增长速度为，超过任何其它能源的全球年均增长速度。电力行业对可再生能源的利用占大部分的增长。非水电可再生能源在总发电量所占比例从2006年的1％增长到2030年的4％。尽管水电产量增加，但其电力的份额下降两个百分点至14％。经合组织（OECD）国家可再生能源发电的增长量超过化石燃料和核发电量增长的总和。 目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。 目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。 我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。 新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。 太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。 风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。
动力电池是电动汽车的关键技术之一．1881年特鲁夫(Gustave Trouve)制造出世界上第一辆电动三轮车时，使用的是铅酸电池．目前，仍有不少混合动力汽车和纯电动汽车采用新一代铅酸电池．近十多年来，锂离子动力电池在电动汽车生产中得到应用，越来越显示出其优越性．美国学者麦斯J．A．Mas通过大量实验提出电池充电可接受的电流定理：1)对于任何给定的放电电流，电池的充电接受电流与放出容量的平方根成正比；2)对于任何放电深度，一个电池的充电接受比与放电电流的对数成正比，可以通过提高放电电流来增大充电接受比；3)一个电池经几种放电率放电，其接受电流是各放电率接受电流之总和．也就是说，可以通过放电来提高蓄电池的充电可接受电流．在蓄电池充电接受能力下降时，可以在充电的过程中加入放电来提高接受能力．汽车动力电池的性能和寿命与很多因素有关，除了其自身的参数，如电池的极板质量、电解质的浓度等外；还有外部因素，如电池的充放电参数，包括充电方式、充电结束电压、充放电的电流、放电深度等等．这给电池管理系统BMS估计蓄电池的实际容量和SOC带来很多困难，需要考虑到很多的变量．WG6120HD~合动力电动汽车的电池管理系统是建立在SOC数值的管理上．SOC(state ofcharge)指的是电池内部参加反应的电荷参数的变化状态，反映蓄电池的剩余容量状况．这在国内外都已经形成统一认识．
学术堂整理了一份汽车系毕业论文范文，供大家进行参考：范文题目《浅谈混合动力汽车的检测与维修》摘要：目前已研制成功并投入使用的混合动力电动汽车主要是内燃机与蓄电池混合的混合动力电动汽车，它被称为油电混合动力汽车。首先，随着汽车电控化程度的提高，特别是未来混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车的发展，汽车的主要故障将出现在电路方面，面对复杂、纷乱的汽车电路时，只有具备了过硬的理论知识后才有可能将它们理清楚、弄明白，才有可能进一步的形成正确的诊断思路，找到正确的维修方法。我们知道不同的混合动力系统其结构和工作原理各不相同，这就使得不同的混合动力汽车其检测与维修的方法也会有很大的差异。关键词：混合动力汽车，检测，维修混合动力电动汽车的英文是“Hybrid Electric Vehicle”，简称“HEV”。根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议，混合动力电动汽车是指有两种或两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。目前已研制成功并投入使用的混合动力电动汽车主要是内燃机与蓄电池混合的混合动力电动汽车，它被称为油电混合动力汽车。本论文所述的混合动力汽车也只局限于这类油电混合动力汽车。所谓油电混合动力电动汽车(以下简称混合动力汽车)，是指采用传统的内燃机和电动机(电池) 做为动力源，通过使用热能和电力两套系统驱动汽车。混合动力汽车采用的内燃机既可是汽油机也可以是柴油机，而使用的电动系统包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。两套系统的联合使用使得内燃机、电动机都可在高效区经济内运行，输出功率相对稳定。燃油提供了车辆运行所需的大部分能量来源，而辅助动力单元即动力电池通过电机使车辆具有更好的动力性和经济性。一、混合动力汽车的检测与维修概述汽车维修工作主要分为保养、机械维修、电器及电控系统维修、钣金和喷漆这几个部分。对于混合动力汽车来说，它与传统的内燃机汽车的主要差别在于增加了一套电驱动系统，这套系统的增加使得原本就复杂的电控系统变得更加复杂，电器及电控系统的维修难度之大不言而喻。由于增加了一套电驱动系统并对原有内燃机汽车的结构作了相应的改造，这决定了混合动力汽车必将产生出新的特有的故障类型，原本适用于传统内燃机汽车的一些维修经验、诊断思路和检测方法在混合动力汽车上可能将不再适用，所以，作为一名维修人员如果墨守成规、依赖经验，不注重理论知识的学习和诊断思维的培养，将很快被淘汰。那么我们应该如何来面对接下来的挑战呢?首先，随着汽车电控化程度的提高，特别是未来混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池汽车的发展，汽车的主要故障将出现在电路方面，面对复杂、纷乱的汽车电路时，只有具备了过硬的理论知识后才有可能将它们理清楚、弄明白，才有可能进一步的形成正确的诊断思路，找到正确的维修方法。其次，多观察、多比较。在掌握相关理论知识的基础上要回到实践当中来，多观察、多比较。仔细观察汽车的结构，认真的比较它与传统的内燃机汽车的异同点，将理论与实践紧密的连接起来。再次，勤总结。混合动力汽车必然会出现不同于现有传统内燃机汽车的特有的故障类型，应该在维修实践中将其详细的记录下来并认真的分析和总结，日积月累便能形成一套适合于混合动力汽车的行之有效的维修方法。二、混合动力汽车的检测与维修我们知道不同的混合动力系统其结构和工作原理各不相同，这就使得不同的混合动力汽车其检测与维修的方法也会有很大的差异。本文以丰田普锐斯混合动力汽车为例简单的介绍一下与混合动力汽车的检测与维修相关的问题。1、普锐斯混合动力汽车检测与维修注意事项普锐斯采用的是高压电路，动力电池组的额定电压为，发电机和电动机发出(或使用)的电压为500V。在普锐斯的电路系统中，高压电路的线束和连接器都为橙色，而且蓄电池等高压零件都贴有“高压”的警示标志，注意!不要触碰这些配线。论文格式。在检修过程中一定要严格按照正确的操作步骤操作。在检修过程中(如安装或拆卸零部件、对车辆进行检查等)必须注意以下几点：(1)对高压系统进行操作时首先应将车辆电源开关关闭;(2)穿好绝缘手套(戴绝缘手套前一定要先检查手套，不能有破损，哪怕针眼大的也不行，不能有裂纹，不能有老化的迹象，也不能是湿的);(3)将辅助蓄电池的负极电缆断开(在此之前应先查看故障码，有必要的化将故障码保存或记录下来，因为与传统内燃机汽车一样，断开蓄电池负极电缆故障码将被清除);(4)拆下检修塞，并将检修塞放在衣袋里妥善保管，这样可以避免其他人员误将检修塞装回原处，造成意外;(5)拆下检修塞后不要操作电源开关，否则可能损坏混合动力ECU;(6)拆下检修塞后至少将车辆放置5分钟后再进行其他操作，因为至少需要5分钟的时间对变频器内的高压电容器进行放电;(7)在进行高压系统的作业时，应在醒目的地方摆放警告标志，以提醒他人注意安全;(8)不要随身携带任何金属物体或其他导电体，以免不小心掉落引起线路短路;(9)拆下任何高压配线后应立刻用绝缘交代将其包好，保证其完全绝缘;(10)一定要按规定扭矩将高压螺钉端子拧紧。扭矩过大或过小都有可能导致故障;(11)完成对高压系统的操作后，在重新安装检修赛前，应再次确认在工作平台周围没有遗留任何零件或工具，并确认高压端子已拧紧，连接器已插好。论文格式。2、普锐斯的基本检修程序(1)车辆进入车间。(2)分析各户所述的故障。(3)将智能诊断仪II连接到车辆的诊断插座上。(4)读取故障码和定格数据，并将其记录下来。如果出现与CAN通信系统有关的故障码则应首先检查并修复CAN通信。(5)清除故障码。(6)故障症状确认。若故障未出现则进行故障症状模拟;若故障出现则查看故障码及相关数据流以获取相关信息。(7)进行基本检查，查阅相关资料。(8)根据故障现象、故障码、相关数据流并结合其他的检测手段进行故障诊断，找出故障原因。(9)排除故障。(10)确认故障排除。3、普锐斯混合动力汽车混合动力控制系统的检测与维修(1)对混合动力汽车控制系统进行操作前必须弄清楚混合动力汽车控制系统的组成和工作原理并结合电路图和相关的维修资料严格按规范的操作步骤进行。(2)普锐斯混合动力系统的相关检查①检查变频器查看故障码;清除故障码;戴上绝缘手套;关闭电源开关;拆下检修塞;拆下变频器盖，断开端子A和B。将电源开关拨到IG位置，此时会产生互锁开关系统的故障码;在线束侧用电压表测电压，同时用欧姆表测电阻。②检查转换器(戴上绝缘手套操作)若混合动力系统警告灯、主警告灯和充电警告灯同时点亮，则检查故障码并进行相应的故障排除。③检查速度传感器用欧姆表测量端子间的电阻，其值应符合标准值，否则更换变速驱动桥总成。④检查温度传感器用欧姆表测量端子间的电阻，应符合标准值，否则更换变速驱动桥总成。⑤检查加速踏板位置信号将电源开关拨到IG位置;用电压表测量混合动力车辆控制ECU连接器B中相应端子的电压，应符合标准值，否则更换加速踏板连杆总成。4、普锐斯混合动力汽车电池系统的检测与维修普锐斯混合动力汽车电池系统主要由以下几部分组成：动力电池组、12V辅助电池、电池ECU、冷却系统、电流传感器、检修塞系统主继电器等组成。动力电池组：普锐斯采用的是镍-氢动力电池组，它具有高功率密度和常使用寿命的特点。该电池组由28个电池模块串联而成，每个模块由6个1V或2V的单节电池串联而成。所以整个电池组共168个单节电池，可以得到的高电压。论文格式。电池ECU：电池ECU的功能是用来检测电池组的充电状态(SOC)、温度、电压、电流以及是否漏电，并将这些信息发送到HV ECU(混合动力ECU)。电池ECU还负责控制冷却风扇的工作，确保电池组处于正常的温度范围内。电池组冷却系统：电池组冷却系统由冷却风扇，一个进气温度传感器和3个位于电池内的温度传感器以及通风管路组成。3个温度传感器和一个进气温度传感器随时检测蓄电池及进气口的进气温度，若温度升高到一定值，电池ECU将启动冷却风扇，直到温度下降到规定值，从而使电池组的温度始终保持在正常的范围内。检修塞：检修塞位于电池组第19模块和第20模块中间，在检查或维修前拆下检修塞便可以切断电池组中部的高压电路，可以保证维修期间的人员安全。系统主继电器(SMR)：系统主继电器的作用是按照HV ECU的指令连接和断开到高压电路的动力。系统主继电器共由3个继电器组成，两个位于正极分别为SMR1、SMR2，一个位于负极SMR3。电路接通时，SMR1和SMR3工作，而后SMR2工作而SMR1关闭。辅助蓄电池：普锐斯采用的是12V的免维护电池，它与传统的汽车用蓄电池类似，负极也是通过车身接地的。该电池对高压很敏感，对其充电时应将它从车上拆下，用丰田专用的充电机充电，普通充电器没有专用的电压控制功能，有可能毁坏电池。参考文献[1] 陈清泉，孙逢春 编译. 混合电动车辆基础[M]. 北京：北京理工大学出版社，2001.[2] 张金柱. 混合动力汽车结构、原理与维修[M]. 北京：化学工业出版社，2008.[3] 耿新. 混合动力技术的原理和应用[J]. 汽车维修与保养，2008.[4] Jon Munson. 用于混合动力/电动汽车的可靠锂离子电池监视系统[J]. CompoTechChina，2008(10)[5] 陈宗璋，吴振军. 电动汽车动力源类型[J]. 大众英雄，2008，(3)
写过好多次了。需要的话Q我
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电池是我们日常生活中最常用的商品之一，照相机、录音机、MP3、CD、DV、门铃、遥控器等，都离不开电池。我国是民用干电池的生产和消费大国，年产量达150亿只，消耗量达到了80亿只，主要为锌锰和碱性锌锰电池，平均每个中国人一年就要消费5只电池。随意丢弃电池，不仅严重污染环境，危害人体健康，而且浪费了国家有限的资源。以每生产100亿只电池计算，全年将要消耗万吨锌、万吨二氧化锰、2080吨铜、万吨氯化锌、万吨氯化铵、万吨碳棒；我国锌矿资源逐渐枯竭，产能逐量下降，按目前开采进度，专家测算，只能开采19年了！也就是说，再过20年，我国将变成无锌或贫锌国家。节约型社会建设，这就要求我们必须重视对废电池进行资源化利用！ 目前环境问题以及循环经济的可持续发展问题，已成为全球关注的焦点，包括废电池在内的工业废弃物的再生资源已引起了世界各国的重视，再生资源利用行业已成为世界看好的阳光产业，也就成为各国关注的紧迫课题。 对于废电池的回收利用，吉林省率先在全国拟出台条例禁止随意丢弃废电池。在今年7月25日召开的吉林省十届人大常委会第二十一次会议上，吉林省人大环资委副主任委员寇承甫先生建议，在《吉林省危险废弃物污染环境防治条例（草案）》中明确规定，禁止随意丢弃废电池。前不久，欧盟委员会也通过了一项关于制定废电池回收、再利用的新指令，该指令要求在欧盟出售的所有的电池，必须予以回收和循环再利用。 “世界上只有放错地方的资源，而没有不能利用的废弃物”。废电池利用是个世界性的课题，但迄今还没有一种得到普遍接受和运用的、经济型的综合利用工艺。现有的一些方法，比生产电池本身还要复杂，工本费也比生产电池还高，经营者无利益驱动，缺乏积极性。特别是有些工艺在解决了锌、锰的回收率和出路时，对剩余物质的处理研究不够，经济上不合算，技术上限制了其推广应用，综合利用无从谈起。这样，废旧电池一般作为生活垃圾被丢弃，当电池壳体破裂后，汞、锌、锰等金属物就污染水源、土壤，亦通过食物链进入生态环境，造成区域性的严重生态环境污染。 建设节约型社会，就要依靠科技进步和科技创新；废干电池也是“放错了地方的资源”，是完全可以变废为宝的。据测算：1吨废干电池可回收131公斤钢，160公斤锌，375公斤二氧化锰。这些金属的再生要比矿石中提取容易得多，同时又能消除对环境的污染。因此，对废干电池进行资源化利用，是利国利民、一举多得的好事。
在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，光伏利用成为世界各国争相发展的热点。因而光伏并网发电与独立光伏系统得到迅速地发展，特别是能为偏远用户提供电力的独立光伏系统成为国家投资的重点。 本论文以使用最为普遍及优选的阀控铅酸蓄电池(VRLA)的独立光伏系统为研究对象，为提高系统的性价比，从蓄电池的充电、放电、容量预测及维护等方面进行深入探讨和研究。主要研究如下： 1．综述国内外独立光伏系统发展现状。 2．分析了蓄电池充、放电过程中电化学反应机理，研制了一套蓄电池充、放电容量测试系统。 3．对各种铅酸蓄电池充电方式进行了分析，对其在光伏系统的应用的可行性加以阐述，同时对光伏系统中的充电控制技术(包括阵列的最大功率点跟踪技术)进行了研讨。 4．详细分析了蓄电池容量影响的因素，对各种蓄电池容量预测方法(模型)进行探讨。 5．提出在独立光伏系统中采用“马斯定律”可接受充电电流和太阳能光伏阵列最大功率跟踪相结合的方法，对系统中VRLA蓄...
由于中国和印度的经济持续强劲增长，在2006年至2030年期间，其一次能源需求的增长将占世界一次能源总需求增长量的一半以上。中东国家占全球增长量的11%，增强了其作为一个重要的能源需求中心的地位。总的来说，非经合组织(Non-OECD)国家占总增长量的87％。因此，它们占世界一次能源需求比例从51％上升至62％，它们的能源消费量超过经合组织（OECD）成员国2005年的消费量。 全球石油需求（生物燃料除外）平均每年上升1％ ，从2007年8500万桶/日增加到2030年亿桶/日。然而，其占世界能源消费的份额从34％下降到30％ 。 现代可再生能源技术发展极为迅速，将于2010年后不久超过天然气，成为仅次于煤炭的第二大电力燃料。可再生能源的成本随着技术的成熟应用而降低，假设化石燃料的价格上涨以及有力的政策支持为可再生能源行业提供了一个机会，使其摆脱依赖于补贴的局面，并推动新兴技术进入主流。在本期预测中，风能、太阳能、地热能、潮汐和海浪能等非水电可再生能源（生物质能除外）的增长速度为，超过任何其它能源的全球年均增长速度。电力行业对可再生能源的利用占大部分的增长。非水电可再生能源在总发电量所占比例从2006年的1％增长到2030年的4％。尽管水电产量增加，但其电力的份额下降两个百分点至14％。经合组织（OECD）国家可再生能源发电的增长量超过化石燃料和核发电量增长的总和。 目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。 目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。 我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。 新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。 太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。 风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。 再生能源和非再生能源 人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源，反之称为非再生能源。风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源；煤、石油和天然气等是非再生能源。地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大的蕴藏量来看，又具有再生的性质。核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出 5～10倍，核聚变最合适的燃料重氢（氘）又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。核能是未来能源系统的支柱之一。 随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加，现在许多发达国家都更加重视对可再生能源、环保能源以及新型能源的开发与研究；同时我们也相信随着人类科学技术的不断进步，专家们会不断开发研究出更多新能源来替代现有能源，以满足全球经济发展与人类生存对能源的高度需求，而且我们能够预计地球上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去探寻与研究。 中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。 现代可再生能源技术发展极为迅速，将于2010年后不久超过天然气，成为仅次于煤炭的第二大电力燃料。可再生能源的成本随着技术的成熟应用而降低，假设化石燃料的价格上涨以及有力的政策支持为可再生能源行业提供了一个机会，使其摆脱依赖于补贴的局面，并推动新兴技术进入主流。在本期预测中，风能、太阳能、地热能、潮汐和海浪能等非水电可再生能源（生物质能除外）的增长速度为，超过任何其它能源的全球年均增长速度。电力行业对可再生能源的利用占大部分的增长。非水电可再生能源在总发电量所占比例从2006年的1％增长到2030年的4％。尽管水电产量增加，但其电力的份额下降两个百分点至14％。经合组织（OECD）国家可再生能源发电的增长量超过化石燃料和核发电量增长的总和。 目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。 目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。 我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。 新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。 太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。 风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。
燃料电池的演化及发展探析摘要：对燃料电池的工作原理进行了详细的分析；对其演化过程进行了简述；对其最新技术进行了详细的研究；对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。关键词：燃料电池；碱性燃料电池；磷酸型燃料电池；熔融碳酸型燃料电池；固体氧化物燃料电池；直接醇类燃料电池；固体高分子膜燃料电池随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，因此环保问题引起了各国政府的重视。为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正在逐步成为一种趋势。经过了各方的互相协作和努力，燃料电池技术正日趋成熟。作为一项重要技术，从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。1 燃料电池的演化过程1．1 燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。1．2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展2．1 碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的AFC在潜艇动力实验上获得了成功。国内对AFC的研究工作是从20世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC进行基础研究。上世纪70年代，由于航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC的研究。2．2 磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了PAFC是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对PAFC的研究工作相对较少。尽管如此，在对PAFC的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co对Pt的锚定效应。2．3 熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃ 的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C动力公司。而日本对MCFC的主要是NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的MCFC研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW的MCFC单电池的长期运行试验，到1995年l1月止，累计运行了4万小时，确证了MCFC实用化的可能。德国MTU宣布在MCFC技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对MCFC的研究是中科院大连化物所从1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2．4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC是属于第三代燃料电池技术。20世纪60年代，美国就已将PEMFC应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20世纪80年代，加拿大Ballad公司才展开对PEMFC的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了1000W／L、700W／kg的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad公司在这一技术领域处于领先地位。国内对PEMFC的研究是从20世纪70年代天津电源研究所展开一聚苯乙烯蟥酸膜为电解质的PEM—FC基础研究。但进展缓慢。而国外在这一领域发展较快。因此在90年代开展了PEMFC的跟踪研究。目前，在PEM 方面，国内技术在多个方面取得了突破，北京富原新技术开发总公司已出现了50W、75W、150W、5KW 等样机。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型质子交换墨燃料电池系统，这大大缩小了与世界先进水平的距离。
电池是我们日常生活中最常用的商品之一，照相机、录音机、MP3、CD、DV、门铃、遥控器等，都离不开电池。我国是民用干电池的生产和消费大国，年产量达150亿只，消耗量达到了80亿只，主要为锌锰和碱性锌锰电池，平均每个中国人一年就要消费5只电池。随意丢弃电池，不仅严重污染环境，危害人体健康，而且浪费了国家有限的资源。以每生产100亿只电池计算，全年将要消耗万吨锌、万吨二氧化锰、2080吨铜、万吨氯化锌、万吨氯化铵、万吨碳棒；我国锌矿资源逐渐枯竭，产能逐量下降，按目前开采进度，专家测算，只能开采19年了！也就是说，再过20年，我国将变成无锌或贫锌国家。节约型社会建设，这就要求我们必须重视对废电池进行资源化利用！ 目前环境问题以及循环经济的可持续发展问题，已成为全球关注的焦点，包括废电池在内的工业废弃物的再生资源已引起了世界各国的重视，再生资源利用行业已成为世界看好的阳光产业，也就成为各国关注的紧迫课题。 对于废电池的回收利用，吉林省率先在全国拟出台条例禁止随意丢弃废电池。在今年7月25日召开的吉林省十届人大常委会第二十一次会议上，吉林省人大环资委副主任委员寇承甫先生建议，在《吉林省危险废弃物污染环境防治条例（草案）》中明确规定，禁止随意丢弃废电池。前不久，欧盟委员会也通过了一项关于制定废电池回收、再利用的新指令，该指令要求在欧盟出售的所有的电池，必须予以回收和循环再利用。 “世界上只有放错地方的资源，而没有不能利用的废弃物”。废电池利用是个世界性的课题，但迄今还没有一种得到普遍接受和运用的、经济型的综合利用工艺。现有的一些方法，比生产电池本身还要复杂，工本费也比生产电池还高，经营者无利益驱动，缺乏积极性。特别是有些工艺在解决了锌、锰的回收率和出路时，对剩余物质的处理研究不够，经济上不合算，技术上限制了其推广应用，综合利用无从谈起。这样，废旧电池一般作为生活垃圾被丢弃，当电池壳体破裂后，汞、锌、锰等金属物就污染水源、土壤，亦通过食物链进入生态环境，造成区域性的严重生态环境污染。 建设节约型社会，就要依靠科技进步和科技创新；废干电池也是“放错了地方的资源”，是完全可以变废为宝的。据测算：1吨废干电池可回收131公斤钢，160公斤锌，375公斤二氧化锰。这些金属的再生要比矿石中提取容易得多，同时又能消除对环境的污染。因此，对废干电池进行资源化利用，是利国利民、一举多得的好事。
在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，光伏利用成为世界各国争相发展的热点。因而光伏并网发电与独立光伏系统得到迅速地发展，特别是能为偏远用户提供电力的独立光伏系统成为国家投资的重点。 本论文以使用最为普遍及优选的阀控铅酸蓄电池(VRLA)的独立光伏系统为研究对象，为提高系统的性价比，从蓄电池的充电、放电、容量预测及维护等方面进行深入探讨和研究。主要研究如下： 1．综述国内外独立光伏系统发展现状。 2．分析了蓄电池充、放电过程中电化学反应机理，研制了一套蓄电池充、放电容量测试系统。 3．对各种铅酸蓄电池充电方式进行了分析，对其在光伏系统的应用的可行性加以阐述，同时对光伏系统中的充电控制技术(包括阵列的最大功率点跟踪技术)进行了研讨。 4．详细分析了蓄电池容量影响的因素，对各种蓄电池容量预测方法(模型)进行探讨。 5．提出在独立光伏系统中采用“马斯定律”可接受充电电流和太阳能光伏阵列最大功率跟踪相结合的方法，对系统中VRLA蓄...
1990年以来发表的论文(Eng.):新世纪1. Surface-modified Graphite as an improved intercalating Anode for Lithium ion Batteries，, , e l，Electrochem. & Solid State Lett. , 6 (2003).A30-A332. Possible use of ferrocyanide as a redox additive for prevention of electrolyte decomposition in overcharged nickel batteries, Electrochem. Acta, (2003)3. Temperature Effects on the Electrodeposition of Zinc， u, e l ，J. Electrochem. Soc., 150 (2003) . Hydrogen production from catalyzed hydrolysis of sodium borohydride solution using nickel boride catalyst，, e l，Int. J. Hydrogen Energy 28 (2003)10955. A Mechanistic Study of Electrocatalytic Reduction of Oxygen on Manganese Dioxides in Alkaline Aqueous Solution, Y. L. Cao, H. X. Yang*, X. P. Ai, and L .F .Xiao， J. Electroanal. Chem.，(2003) ,6. Structural and electrochemical characterization of calcium zincate mechanochemically synthesized as rechargeable anodic materials，, H. Yang, X. Ai, J. Yu and Y. Cao, J. Appl. Electrochem., 33(2003)6077. A study of calcium zincate as negative electrode materials for secondary batteries, u, l, J. Power Sources, 103 (2001) 938. Effects of Anions on the Zinc Electrodeposition onto Glassy-Carbon Electrode, u, e l,, Russ. J. Electrochemistry, 38 (2002) . Modeling and prediction for discharge lifetime of battery systems using hybrid evolutionary algorithms, , J. Yu et al., Computer and Chem., 25(2001)251上世纪10. The influences of organic additives on Zinc electrocrystallization from KCl solution, u, , , l, J. Electrochem. Soc., 146 (1999)178911. A new approach to the estimation of electrocrystallization parameters, J. Electroanal. Chem., 474 (1999)6912. Preparation and characterization of LiNiO2 synthesized from Ni(OH)2 and , , , u, i, J. Power Souces, 79(1999)25613. A study of LiMn2O4 synthesized from LiCO3 and MnCO3, u, i, , i, J. Power Sources, 74(1998)24014. The kinetic study on the electrolytic hydrogenation of nitrobenzene on the hydrogen-storage alloy electrode, S. Lu, i, u, iu, , J. Electroanal. Chem., 457(1998)14915. Initial activation of hydrogen storage alloy electrode by chemical modification, J. Rare earth metals, S. Lu, i, u, iu, u, . Rare Earths,16( 4), 307(1998)16. Effects of lanthanum and neodymium hydroxides on secondary alkaline zinc electrode, J. L. Zhou, Y. H. Zhou , H. X. Yang , J. Power sources, 69,(1997)16917. Polypyridine complexes of iron used as redox shuttles for overcharge protection of secondary lithium batteries. C. S. Cha , X. P. Ai, and H. X. Yang , J. Power Sources , 54, (1995)25518. In-situ ESR study on electrochemical lithium intercalation into petrulum coke , L. Zhuang, J. Lu, X. Ai, H. Yang , J. Electroanal. Chem. , 397, (1995)31519. Powder Microelectrodes, C. S. Cha, C. M. Li , H. X. Yang , P. F. Liu , J. Electroanal. Chem. , 368, (1994)4720. Electrochemical and structural studies of the composite MnO2 cathode doped with metal oxides , H. X. Yang, X. P. Ai , M .Lei ,S. X. Li , J. Power sources , 43-44, (1993)53321. Recent advances in experimental methods applied to lithium battery researches , J. Power Sources , C. S. Cha , H. X. Yang, J. Power sources , 43-44, (1993). Fractal structure structure of colloidal silver and its effects on SERS intensities of crystal violet , Chinese Chem. Letters, 3, (1992)91923. The observation of enhanced RAMAN scattering of gaseous molecules by Hg microdroplets, Chinese Chem. Letters, 2, (1991)54924. A novel optically transparent thin layer electrode for in situ IR spectroelectrochemistry , Chinese Chem. Letters, 2, (1991)25. Fiber optic thin-layer electrode cell for in situ transmission spectro- electrochemistry , Chinese Chem. Letters, 2, (1991)329 1990年以来发表的论文(中文):21世纪1. 联苯用作锂离子电池过充保护剂的研究, 肖利芬, 艾新平, 曹余良, 杨汉西, 电化学, 9(1), 23(2003)2. 塑料化聚合物电解质的导电性质, 艾新平,董全峰,杨汉西, 电池,32(S1), 48(2002)3. 尖晶石型ZnMn_2O_4的合成及其电化学行为, 李升宪,李保旗,杨汉西,艾新平, 电池,32, 3( 2002)4. 锌酸钙的制备与电化学性能研究, 喻敬贤,杨汉西,朱晓明,艾新平, 电池, 31(2) 65(2001)5. 圆柱型锌空气电池研究, 李升宪,周贵茂,艾新平,杨汉西, 电化学,6(3), 341(2000).6. 塑料化薄膜锂离子电池的制造技术, 艾新平,洪昕林,董全峰,李升宪,杨汉西, 电化学, 6(2), 193(2000)上世纪90年代7. LiMn2O4正极在高温下性能衰退现象的研究, 胡晓宏,杨汉西,艾新平,李升宪,洪昕林, 电化学, 5(2), 224(1999)8. 纳米光亮镀锌层的结构研究, 喻敬贤,陈永言,黄清安,杨汉西, 高等学校化学学报,20(1),107 (1999)9. 添加剂对锌结晶行为的影响及参数的演化优化, 化学学报, 57,953(1999)10. 锡基非晶态材料的化学合成及其嵌锂性能的初步研究, 刘立,杨汉西,孙聚堂,艾新平, 电化学,4(4), 362 (1998)11. 石墨负极锂嵌碳机理的研究, 周震涛,黄静,汪国杰,艾新平,杨汉西,, 华南理工大学学报(自然科学版) 1998年07期12. 贮氢合金用作有机加氢反应新型催化剂研究进展, 卢世刚,杨汉西,杨聪智, 化学通报 12, 1(1998)13. 电阻应变法用于密封电池内压变化的动态检测, 杨汉西, 胡容辉,艾新平,杨聪智,李升宪, 电化学, 4(3), 318(1998)14. 薄膜塑料锂离子电池的初步研究, 董全峰, 杨汉西, 艾新平, 胡晓宏,李升宪, 电化学, 4(1), 9(1998)15. 电化学制备Ni-Cu/Cu超晶格多层膜, 喻敬贤,陈永言,黄清安,杨汉西, 武汉大学学报(自然科学版) 1998年06期16. 氢气在贮氢合金电极上析出反应机理的研究, 卢世刚,李群,刘庆国,路春,党兵,杨汉西, 电化学,4(3),265 (1998)17. 非水介质中Zn-MnO_2的可充性研究, 李保旗,杨汉西,李升宪,杜米芳,艾新平, 电化学,3(3), 277 (1997)18. 泡沫镍的电沉积制备技术, 何细华，胡蓉晖，杨汉西，左正忠, 电化学,2(1), 66 (1996)19. 微电极定量方法评价贮氢合金的电化学性质, 胡蓉晖,杨汉西,刘金成,李升宪,查全性, 电化学,2(4), 391(1996)20. 贮氢合金电极的活化方法和作用机理研究, 胡蓉晖,杨汉西,卢世刚,李升宪,刘金城,杨聪智, 电化学,2(2), 170 (1996)21. 电沉积泡沫铜, 何细华，左正忠，杨汉西, 材料保护 1996年11期22. 无氟微酸性体系镀铅研究, 何细华，左正忠，杨汉西, 电镀与环保 1995年05期23. 贮氢合金用作硝基苯电解加氢的催化电极研究, 卢世刚，杨汉西，王长发, 电化学, 1(1), 15(1995)24. 金属氢化物-镍电池充电过程消气反应研究, 刘金城, 杨汉西, 胡蓉辉, 吴锋, 电源技术, 19(4), 1(1995)25. 超薄层红外光透电解池的设计和应用, 肖以金,杨汉西,查全性,, 分析化学 1994年02期26. 电化学石英晶体微天平对银电极氧化还原过程的研究, 陈胜利, 吴秉亮, 杨汉西, 高等学校化学学报, 15(1), 103(1994)27. 炭材料作为储锂负极的研究, 杨汉西, 雷鸣,李升宪,艾新平, 应用化学, 10(1), 113(1993)28. Li/SOCl2 电池的拉曼光谱电化学研究, 钟发平, 杨汉西, 查全性等, 高等化学学报, 14, 265(1993)29. 简易多功能光谱电化学池的设计, 肖以金, 杨汉西, 冯之刚, 伏亚萍, 光谱学与光谱分析, 13(6), 103(1993)30. 激光拉曼光谱的光纤采样技术, 钟发平, 吴国帧, 杨汉西等, 光谱学与光谱分析, 13(6), 29(1993)31. 甲基吡啶电氧化过程的表面增强RAMAN光谱研究, 钟发平, 杨汉西, 查全性, 化学学报, 51, 273(1993)32. 阴极限制型Li/SOCl2电池过放电产物的热分析, 肖以金, 杨汉西, 查全性, 应用化学, 10(3), 54(1993)33. C60 电化学还原的稳态性质研究,杨汉西, 肖以金, 朱凌等, 物理化学学报, 8, 580(1992)34. 微型拉曼电解池现场研究硫酰氯的电化学还原, 钟发平, 杨汉西, 徐知三, 查全性, 物理化学学报, 8, 266(1992)35. 锌离子在λ-MnO2中的电化学嵌入, 吴智远, 杜米芳, 杨汉西等, 应用化学, 9(2), 99(1992)36. 锂电化学嵌入尖晶石二氧化锰研究, 吴智远, 杨汉西, 石中等, 电池, 22(1), 13(1992)37. 锂离子电池炭负极研究, 杨汉西, 艾新平, 雷鸣, 李升宪, 电源技术, 5, 2(1992)38. MnO2作为二次锂电池阴极材料研究, 李升宪, 杨汉西, 吴智远, 汪振道, 电源技术, 4, 7(1991)39. AA-型Li/λ-MnO2 二次电池研究, 李升宪, 杨汉西, 吴智远等, 电池,21(5), 10(1991)40. 锂/硫酰氯电池体系的初步研究, 杨汉西,钟发平, 汪振道等, 电源技术, 2, 5(1990)41. 大功率锂/亚硫酰氯电池高效炭阴极研究, 汪振道, 杨汉西, 范玉章, 雷鸣, 电源技术, 1, 3(1990)
摘要：随着我国汽车保有量的持续增长，汽车排放污染跟能源问题将会越来越严峻。现在我们国家提 摘要 倡低碳生活和可持续发展，为了响应国家的政策。我们必须寻找一种对环境零污染或低污染的汽车，而目 前公认最为理想可行的就是纯电动汽车了。而作为内燃机跟纯电动汽车的过渡产物就是混合动力汽车，混 合动力汽车已经不是什么新鲜的产物了，目前已经有很多车企生产了。在近两年，我国的车企对纯电动汽 车的热情很高，可惜都只是雷声大雨点小。大都只是处于概念车的阶段。发动纯电动汽车还有一段很曲折 艰辛的路要走。 关键词：内燃机：混合动力： 电动汽车：汽车： 关键词 内燃机 像我们这代人,对于汽车并不会感到很陌生.特别是近几年中国车市出现井喷的现象,据保 守的估计,中国现在的机动车保有量已经超过两亿.而且还保持上升的趋势,去年的产销量达 1360 万辆,首次超过美国而位居世界第一.今年 1 到 9 月份的产销已经达到去年全年的水平了, 保守估计今年的产销量将达 1700 万辆.而且在接下来的几年会稳居榜首,产销量持续增长.在 这数据中,又有多少是属于电动汽车的呢?统计数据显示是非常非常的少,几乎可以被忽视. 汽车的产销量不断的增长,这也将引起一系列的问题.内燃机技术发展到今天已经可说是 炉火纯青的地步了,想到再进一步改善是非常的困难了.我们都是知道无论是汽油机还是柴油 机,都会排放一些对大气有害的气体,如:CO HC Nox 等.虽然说排放标准不断的在提高,但是污 染还是存在的.这将跟我们提倡的低碳生活有点格格不入,因此我们就必须找出其它代替品. 就目前而言,就有新燃料发动机,如:醇燃料 氢燃料 石油气燃料 天然气燃料 太阳能燃料混合动力汽车 电动车等等.在这些新能源汽车中,纯电动汽车将是我们发展的趋势.因为其它 的,不是技术太难攻关,就是使用经济性和燃料来源困难等等.电动汽车的优点是零排放 零污 染 燃料来源方便 动力性良好等.但就目前的现状而言,电动汽车的缺点也是显而易见的, 目 前电动汽车尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电源（电池）的寿命短，使用成本高。 电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。但从发展的角度看，随 着科技的进步，投入相应的人力物力，电动汽车的问题会逐步得到解决。扬长避短，电动汽 车会逐渐普及， 其价格和使用成本必然会降低。 现在处于内燃机跟纯电动汽车的过渡产物是HEV 混合动力汽车, 混合动力汽车的种类目前主要有 3 种。一种是以发动机为主动力，电 动马达作为辅 串联混合动力电动汽车原理。 另外一种是， 在低速时只靠电动马达驱动行驶， 速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式” 。还有一种是只用电动马达 驱动行驶的电动汽车“串联方式” ，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱 动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。 现在车市的混合动力车主要有,PRIUS 思域 凯美瑞 凯越 LS600H S400 SMART F3DM 等等. 由于我们国家提倡低碳生活,国家的政策便大力的支持发展纯电动汽车.目前几乎所有的车企都积极的响应国家的号召,如:比亚迪的 E6 奇瑞 S18 众泰 2008EV 长安奔奔 MINI 日 产的 LEAF 通用的 VOLT 等等.虽然推出的车型很多,但也只是雷声大雨点小.技术都不啥的, 而且销量也是少之又少. 电动汽车并不是现代才有的产物, 早在 19 世纪后半叶的 1873 年，英国人罗伯特·戴维 森 （Robert Davidsson） 制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。 这比德国人戴姆勒 （Gottlieb Daimler）和本茨（Karl Benz）发明汽油发动机汽车早了 10 年以上。戴维森发明的电动汽车 是一辆载货车，长 4800mm，宽 1800mm，使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次电池。 其后，从 1880 年开始，应用了可以充放电的二次电池。从一次电子表池发展到二次电池， 这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革，由此电动汽车需求量有了很大提高。在 19 世纪下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车需求量有了很大提高。在 19 世纪 下半叶成为交通运输的重要产品，写下了电动汽车在人类交通史上的辉煌一页。1890 年法 国和英伦敦的街道上行驶着电动大客车，当时电动汽车生产的车用内燃机技术还相当落后， 行驶里程短，故障多，维修困难，而电动汽车却维修方便. 电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在 “低成本要求”“高容量要求”及 、 “高安全要求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车，要依靠先进的蓄电池经过 10 多年的筛选，现在普遍看好的氢镍电池，铁电池，锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单 位重量储存能量比铅酸电池多一倍， 其它性能也都优于铅酸电池。 但目前价格为铅酸电池的 4-5 倍，正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料，成 本得到大幅度降低，也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位 重量储能为铅酸电池的 3 倍，锂聚合物电池为 4 倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵，是 很有希望的电池。 我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。 电 动汽车其他有关的技术，近年都有巨大的进步，如：交流感应电机及其控制，稀土永磁无刷 电机及其控制，电池和整车能量管理系统，智能及快速充电技术，低阻力轮胎，轻量和低风 阻车身，制动能量回收等等，这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。我国大城 市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有 16 个城市被列入全球大 气污染最严重的 20 个城市之中。我国现今人均汽车是每 1000 人平均 10 辆汽车，但石油资 源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全 球水平---每 1000 人有 110 辆汽车， 我国汽车持有量将成 10 倍地增加， 石油进口就成为大问 题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略 考虑。 下面是一些专家对我国发展电动汽车的看法: 锂电池大规模用于电动车还需一定时间 河南环宇集团锂电池产业技术副总工程师邓伦浩 目前国内锂电池的研究工作和国外相比，差距主要体现在电池的控制系统和电源 管理系统上。邓伦浩对记者说，现在国内对锂电池的研究处于各自开发的状态。目前，有的公司已经能 够为电 动汽车提供相应 的锂电 池配套产品，配 套的锂 电池一般能跑 200~500 公里左右。 邓伦浩告诉记者，现在国内锂电池的价格太高，电源管理系统的问题还没得到很 好地解决。电动汽车还面临充电的问题。目前，家里的一般线路不能为电动汽车锂电 池充电，必须配一个小型的专用充电器，而且充电的时间很长，很麻烦。在国外，为 了解决这一问题，一般都把充电站和加油站放在一起。现在国内的充电站还没有大规 模地建立起来。 国内锂电池研究存在三大问题 中国汽车工程学会电动汽车分会主任陈全世 陈全世告诉记者，目前国内锂电池研究存在三大问题。首先是制造的一致性问题。 由于在锂电池的制造工艺和设备上存在差距，使得国内锂电池的生产工艺参差不齐， 制造标准还达不到一致性。电动汽车所用的锂电池都是串联或并联在一起，如果一致 性问题解决不好，那么所生产的锂电池也就无法大规模应用于电动汽车。 其次是知识产权问题。目前国内在磷酸铁锂电池的研究上已经取得突破，但是由 于美国在这方面有专利，所以虽然我们在一些环节上能够自主研发，但是在知识产权 问题上，还不知如何应对。 第三是原材料的筛选问题。现在用于锂电池生产的原材料不可能全部进口，主要 还是取自国内， 但是国内的原材料要通过国际认证， 生产出的锂电池才能被国际认可， 所以在原材料认证环节上目前还存在一些问题。 大力发展电动汽车将增加能源供需紧张形势 中国国际经济合作学会经济合作部副主任杨金贵 目前中国 80%的二氧化碳排放来自燃煤，超过 50%的煤炭消费用于火力发电，而同时， 火力发电量占到总发电量的 70%以上。加之目前我国煤炭发电平均效率只有 35%，在这样 的情况下，发展电动汽车，无异于增加电力消耗，同时也就意味着增加碳排放量。随着我国 城镇化、工业化步伐的加快，电力资法律论文 源将更为紧张。而在风能、核能发电尚在发展阶段的我 国而言，大力发展电动汽车，势必将增加能源供需紧张形势，相反不利于低碳产业的发展布 局。对于政府来说，在不遗余力地支持电动汽车发展、支持相关企业开发新产品的同时，更 需要解决源头问题。以电动汽车为例，用煤炭替换石油的作为并不可取，电动汽车成为低碳 经济时代先锋的前提是解决电力资源问题，否则，前景并不乐观。 从以上各个专家的看法，可以看出我国要发展电动汽车是非常艰辛的和曲折的。但这并 不代表不可能， 只是时间问题， 只要我们攻关了那些技术难题， 电动汽车将会造福我们国民， 甚至全人类。因此，发展纯电动汽车势不可挡。
如今电动 汽车 愈发受到市场青睐，但漫长的充电时间也让人望而却步。传统燃油 汽车 仅需5分钟即可满油增程500公里，而目前市售最先进的电动 汽车 则需要“坐等”充电一小时才能达到同样的增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是电动 汽车 行业的重要目标。中国科学技术大学的这项最新研究突破使人类距离该目标更近了一步。 论文第一作者金洪昌博士介绍：“在锂离子电池中，能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池，因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键；另一方面，单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。” 黑磷是白磷的同素异形体，特殊的层状结构赋予了它很强的离子传导能力和高理论容量，是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏，实测性能远低于理论预期。 为此，季恒星团队采用“界面工程”策略将黑磷和石墨通过磷碳共价键连接在一起，在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。针对电极材料在工作过程中会被电解液逐渐分解的化学物质所包裹，部分物质会阻碍锂离子进入电极材料，就像玻璃表面的灰尘阻碍光线穿透一样。研究团队用轻薄的聚合物凝胶做成防尘外衣“穿”在黑磷石墨复合材料表面，使锂离子得以顺利进入。 “我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明，电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量，2000次循环后仍可保持90%的容量。”论文共同第一作者、中国科学院化学研究所研究员辛森介绍说，“如果能够实现这款材料的大规模生产，找到匹配的正极材料及其他辅助材料，并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计，将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。” 这样的锂离子电池能够使电动 汽车 的行驶里程接近1000公里，而特斯拉Model S满电后的行驶里程为650公里。快速充电能力将使电动 汽车 的用户体验上升一个台阶。