先进电源及先进技术考试答案.doc

1、 你对氢能的认识。
氢能之所以受到世界各国的重视，主要有三个方面的原因：（1）氢气燃烧热值高。燃烧相同重量的煤、石油和氢气，氢气防出的能量为石油的3倍，煤的6倍；（2）氢能应用污染最小。氢气燃烧的产物只有水，没有灰渣和废气，其造成的环境污染少，且不容易破坏自然循环。而煤和石油的燃烧生成物中含有大量的SO2、CO2、CO、NOx 等；（3）氢气资源丰富。如以地球上最丰富的水作原料，其资源不受限制。
氢是一种清洁能源，在氧气中燃烧不产生任何污染，产物只有水。
氢能的诸多优点，使人们对与氢能相关的科学技术寄予了很大的希望。为了开发出有效的氢能系统，科学家和工程师们正在致力于以下三个方面的工作：（1）制氢：目前世界上有多种制氢方法吗，但最关键是如何才能大量而又廉价地获取氢。（2）储氢：关键是找到既安全简便又经济使用的储运方法。（3）用氢：利用氢的特性，开拓氢的各种新用途。作为氢能的利用，其中重要的是找到一种高效、安全、且无污染的利用氢能发电的装置或方法。
2、 你对化学电源有何认识。。
化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。常见的电池大多是化学电源。它在国民经济、科学技术、军事和日常生活方面均获得广泛应用。化学电池使用面广，品种繁多，按照其使用性质可分为三类：干电池、蓄电池、燃料电池。按电池中电解质性质分为：锂电池、碱性电池、酸性电池、中性电池。
3、五类电池特点分类。。。
按电解质划分，燃料电池大致上可分为五类：碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。下表为五种燃料电池的主要特征：
燃料电池
典型
电解质
工作温度/℃
优点
缺点
转化效率/%
碱性燃
料电池
KOH-H2O
80
（1） 启动快
（2） 室温常压下工作
（1）需以纯氧做氧化剂
（2）成本高

70
磷酸燃
料电池
H3PO4
200
对CO2不敏感
（1）对CO敏感
（2）工作温度高
（3）成本高
（4）低于峰值功率输出时性能下降
40
固体氧
化物燃
料电池
ZrO2-Y2O3
1000
(1)可用空气做氧化剂
（2）可用天然气或甲烷作燃料
工作温度过高
＞60
熔融碳
酸盐燃
料电池
Na2CO3
650
(1)可用空气做氧化剂
（2）可用天然气或甲烷作燃料
工作温度过高
＞60
质子交
换膜燃
料电池
含氟质子交换膜
80~100
（1）寿命长
（2）可用空气做氧化剂
（3）室温工作
（4）比功率大
（5）启动迅速
（6）输出功率可随意调整
（1）对CO非常敏感
（2）反应物需要加湿
60
4、 燃料电池发电机理。。。。
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，阳极反应为：H2→2H++2e
（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，阴极反应为：
1/2O2+2H++2e→H2O 总的反应为： H2+1/2O2→H2O
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。
5、 分析△G/△H*100%=83%
燃料电池的效率是指燃料中转化为电能的那部分能量占燃料中所含能量的比值。对于燃料电池，由于工作过程中不涉及到氢氧的燃烧，仅仅是氢和氧通过电化学反应生成水，因而不受卡诺循环的限制，其能量转换效率明显高于内燃机。燃料电池的理论能量转换效率可由氢气、氧气和水的热力学数据得出。下表给出了101.325kPa，298.15K时，H2、O2和H2O的热力学数据。
项目
△fHm0/kJ.mol-1
△fGm0/kJ.mol-1
△fSm0/J.mol-1.K-1
H2(g)
0
0
130.59
O2(g)
0
0
205.03
H2O(l)
-285.84
-237.19
69.94
氢气与氧气发生反应生成水的化学反应焓变可表示为：
△H=ZEF+QR=△G+T△S
式中ZEF即反应所做的功，QR是反应放出的热，能量转换效率η为：
Η=ZEF/ QR=△G/△H
=-237.16/-285.84*100%
=83%
即燃料电池的最大效率为83%，实际上由于电池内阻的存在和电极工作时极化现象的产生，燃料电池的实际效率在50%~70%之间。
6、 质子交换膜的关键技术材料。。。。。。
(1) 膜；（2）催化剂（3）扩散层，包括碳纸，布（4）双极板，有不锈钢板和石墨
具体要求：膜要有良好的离子导电性；分子量大（容易成膜，不易水解，交联度高）；电渗作用小；水分子在表面有较大的扩散速率；对气体的渗透性小；水合/脱水引逆性好；膜的氧化水解都有稳定性；强度大；膜的表面适合于催化剂结合。
7、 简单膜电极组件的基本制备方法。。。。。。。
（1）制备碳载铂催化剂：除早期曾直接使用铂黑作为电催化剂外，后来都是用碳载铂催化剂，即以化学还原法、点化学还原法或物理方法（如溅射法）将电催化剂附着在细小的活性炭表面，制成所谓的Pt/C催化剂，其中铂的含量在10%~40%之间；
（2）制备催化剂薄层：将Pt/C催化剂与某些粘合剂、添加剂调和后，以涂膏、烧注或滚压法制成催化剂层。对于粘合剂和添加剂，早期的研究都使用PTFE乳液，现在有的学者则主张使用离子聚合物溶液，如Nafion液。
（3）质子交换膜的预处理和表面改性：一般先用H2O2溶液在加热条件下对质子膜表面进行清洗，以除掉表面吸附的有机杂物，再用二次蒸馏水多次冲洗质子膜，将其中残留的H2O2除掉，然后用H2SO4将膜中的金属杂质去掉，最后反复使用蒸馏水将膜中残留的H2SO4冲洗干净。
（4）导电网或气体扩散层的制备：通常以碳布或碳纸作为扩散层的基底，为了保证扩散层有一定的疏水性，一般都采用PTFE对基底进行疏水处理；
（5）催化剂层、扩散层与质子交换膜的结合。
8、锂电池发电原理。。。。。。。。
以钴酸锂电池为例，正极为钴酸锂，负极为碳。

9、 锂离子电池正极负极材料选择的原则。。。。。。。。。

10、镍氢电池工作原理，充放电总反应方程式。。。。。。。。。。
镍氢电池的工作原理
镍氢电池和同体积的镍镉电池相比，容量增加一倍，充放电循环寿命也较长，并且无记忆效应。镍氢电池正极的活性物质为NiOOH（放电时）和Ni(OH)2(充电时)，负极板的活性物质为H2（放电时）和H2O（充电时），电解液采用30%的氢氧化钾溶液，充放电时的电化学反应如下：

从方程式看出：充电时，负极析出氢气，贮存在容器中，正极由氢氧化亚镍变成氢氧化镍（NiOOH）和H2O；放电时氢气在负极上被消耗掉，正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。

注： 下面这些 大家看题答吧，感觉答不答都行，大家自己发挥吧 哦了

图1-1 Ni/MH二次电池的工作原理
Fig.1-1 The working principle of Ni/MH secondary battery
发生在Ni/MH电池正、负极上的反应均属于固态相变转变机制，电极材料本身不涉及任何溶解和沉积过程，因此电池的正、负电极都具有较高的结构和化学稳定性。由于电池工作中不额外消耗电解液组份(包括H2O和KOH)，因此Ni/MH电池可实现密封和免维护。此外，Ni/MH电池一般采用负极容量过剩的配置方式，由于负极容量高于正极，在过充时，正极上析出的氧在氢化物电极表面被还原成水(消氧反应)；在过放时，在正极上析出的氢被氢化物电极合金吸收(消氢反应)，故Ni/MH电池具有良好的过充、过放能力。电池的工作原理如图1.1所示[16]。