燃料电池催化剂

燃料电池及在大连化物所的发展 衣宝廉 张华民 明平文 （中国科学院大连化学物理研究所 大连 116023） Fuel Cells and the Activities in Dalian Institute of Chemical Physics, CAS Baolian YI. Huamin ZHANG. Pingwen MING (Dalian Institute of Chemical Physics, CAS, Dalian 116023 P.R.China) Abstract The principles, types, and status of fuel cell are introduced in brief. Dalian Institue of Chemical Physics (DICP) began the fuel cell research for Alkaline Fuel Cell (AFC) from 1960s. In 9th 5-year Plan, DICP acted as a leadship member in National Key Project, "Fuel Cell Technology". A set of technology was taken out independently. Nowadays DICP focus on Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) and Direct Methanol Fuel Cell (DMFC). Recently a new corp. named Dalian Sunrise Power Co., Ltd. was founded for the commercialization of fuel cells, especially for that of PEMFC. DICP is the main shareholder of Sunrise Power for its fuel cell technology. 　　　一． 原理，分类与技术现状 　　1. 原理 　　燃料电池（FC）是一种等温进行、直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效（50-70%），环境友好地转化为电能的发电装置[1]。它的发电原理与化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料如氢的氧化过程，阴极催化氧化剂如氧等的还原过程；导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成电的回路。但是FC的工作方式又与常规的化学电源不同，而更类似于汽油、柴油发电机。它的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外的储罐中。当电池发电时，要连续不断的向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时也要排除一定的废热，以维持电池工作温度的恒定。FC本身只决定输出功率的大小其储存能量则由储存在储罐内的燃料与氧化剂的量决定。 图1为石棉膜型氢氧燃料电池单池（single cell）的结构和工作原理图。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2006/01/200601010112_12590_1604910_3.jpg[/img] 　　氢气在阳极与碱中的OH 在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子： 　　H2 + 2 OH H2O + 2e- 0= -0.828V 电子通过外电路到达阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应： 　　O2 + H2O +2e- 2OH 0= 0.401V 生成的OH 通过饱浸碱液的多孔石棉膜迁移到氢电极。 　　为保持电池连续工作，除需与电池消耗氢、氧气等速地供应氢、氧气外，还需连续、等速地从阳极（氢极）排出电池反应生成的水，以维持电解液碱浓度的恒定；排除电池反应的废热以维持电池工作温度的恒定。 　　　　图2为燃料电池单池伏安特性曲线。 　　图中η0称为开路极化，即当电池无电流输出时的电池电压与可逆电势的差值，其产生原因是氧的电化学还原交换电流密度太低，从而产生混合电位。 　　ηr为活化极化，它为电极上电化学反应的推动力，ηD为浓差极化，它为电极内传质过程的推动力。ηΩ为电池内阻引起的欧姆极化，它包括隔膜电阻、电极电阻与各种接触电阻，伏安曲线的直线部分的斜率由它决定，电池电流密度的工作区间就选在此段，通称这一段斜率为电池的动态内阻。