表
2
各燃料电池性能
电池类型
AFC
PEMFC
PAFC
MCFC
SOFC
阳极
Pt/ Ni
Pt/ C
Pt/ C
Ni/ Al
Ni/ ZrO
2
阴极
Pt/ Ag
Pt/ C
Pt/ C
Li/ NiO
Sr/ LaMnO
3
电解质
KO H
、
NaO H
全氟磺酸膜
H
3
PO
4
K
2
CO
3
或
Li
2
CO
3
氧化钇 、稳定的氧化锆
燃料
纯氢
纯氢
重整气
净化煤气
净化煤气
净化重整气
重整气
天然气
天然气
工作温度
/
℃
室温~
200
室温~
100
100
~
200
600
~
700
800
~
1 000
启动时间
几分钟
< 5 s
几分钟
> 10 min
> 10 min
规模
/ kW
1
~
100
1
~
300
1
~
2 000
250
~
2 000
1
~
100
寿命水平
/ h
10 000
100 000
15 000
13 000
7 000
应用方向
航天飞机短期飞船 电动汽车 、军用潜艇 、
移动电源 、洁净电站 、
卫星飞船 、太空基地
洁净电站
洁净电站
洁净电站
燃料电池
[ 14 ]
具有高效 、环境友好 、安静 、可
靠性高的优点 。燃料电池按电解质可分为 5 类 : 碱
性燃 料 电 池 ( AFC ) 、质 子 交 换 膜 燃 料 电 池
( PEM FC) 、硫酸盐燃料电池 ( PA FC) 、熔融碳酸盐
燃料电池 (MCFC) 和固体氧化物燃料电池 ( SOFC) 。
性能见表 2 。
燃料电池应用广泛 , 既适用于集中发电 , 也可
以用于各种规格的分散电源和可移动电源 。质子交
换膜燃料电池可在室温下几秒钟快速启动 , 其工作
电流密度可达 1 ~ 4 A ・cm
- 2
, 比 功 率 0
11 ~ 012
kW・
kg
- 1
, 能 量 转 化 率 可 达 40 %~ 50 %。因 此 ,
它是电动汽车 、潜艇动力源和各种可移动电源的最
佳选择 , 目前对质子交换膜燃料电池的研究已成为
燃料电池研究的主流 , 尤其是对直接以甲醇为燃料
的质子交换膜燃料电池的研究
[ 15 ]
。固体燃料电池
特别适于建造大 、中型电站 , 其燃料的总发电效率
可达 70 %~80 %。熔融碳酸盐燃料电池应用于建
造区 域 性 分 散 电 站 , 燃 料 的 总 发 电 效 率 可 达
60 %~70 %。
20 世纪汽车工业的发展 , 使得全球的车辆数
目激增至约 6 亿辆 , 因此基于无污染 、零排放电动
汽车的开发与研究 , 更促使二次电池和燃料电池飞
速发展
[ 16 ]
。
有人预测 , 以化学电源为基础的人类文明社会
即将到来
[ 16 ]
。化学电源必将为可持续发展和保护
环境做出更大贡献 。
1
12 电化学清洁工艺
电化学过程对反应条件要求不高且具有高选择
性 , 不仅减少了副反应产物 , 还使一些特殊的化学
反应成为可能 , 它可以实现有用原料的循环使用 ,
减少污染物的产生和排放 。
1
1211 有机电合成
有机电合成法就是借助电极传递电子 , 使有机
物氧化或还原 , 而不采用化学品直接氧化或还原有
机物 。它是电化学 、有机化学和化学反应工程的交
叉学科 。有机电合成具有反应条件温和 (可在常温
常压下进行) 、工艺流程简单 、易于实现自动控制 、
产物选择性高 、副产物少 、污染少甚至无污染等优
点 , 是绿 色 合 成 的 必 要 途 径 之 一 , 被 称 为 绿 色
工业
[ 17 ]
。
基于有机电合成的这些优点和传统化学合成的
三废污染严重的现状 , 有机电合成取得了高速发
展 。电合成方法生产的有机产品已经超过了 100 多
种 。世界上有机电合成的产品产量由过去的几吨增
加到 10 万多吨 。
有机电合成法生产重要化工原料己二腈早已被
人们所熟知 。以 Ce
4 +
/ Ce
3 +
或 Mn
3 +
/ Mn
2 +
为氧化
还原媒质间接电氧化法合成氟代苯甲醛
[ 18 ]
, 母液
可循环使用 , 整个工艺基本无污染物产生 。再如 ,
可采用阴极间接电氧化的方法以各种氧化媒质对烯
酸进行间接环氧化 ; 用成对电解合成重要生化试剂
L - 磺基丙氨酸以及环氧化合物 、1 ,2 - 二醇化合
物 、邻卤代醇等重要有机化合物 。
有机 电 合 成 技 术 应 用 广 泛 , 有 广 阔 的 发 展
前景 。
1
1212 电化学水消毒
工业废水 、生活污水 、游泳池水 、饮用水等水
的处理与制备都涉及到消毒技术 。常见的消毒技术
主要有氯消毒 、臭氧消毒以及紫外辐射消毒 。氯是
一种优质消毒剂 , 有很强的杀菌灭藻作用 , 且价格
低廉 , 应用比较广泛 , 但氯消毒技术有很大的不足
之处 , 氯消毒过程不仅具有高危险性 , 而且会产生
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4
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化 工 进 展
2003
年第
22
卷