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氫能發展史和氫能社的意義

一:氫的發現史
1氫及氫能概述
氫氣具有來源廣泛,單位質量能量密度高,無污染等特點。氫氣不是直接從自然界獲取的,需要人工制造,常用的制氫方法有電解水制氫、化石燃料催化重整制氫、生物制氫以及太陽能制氫。氫氣單位質量所含的能量比其他燃料都高,利用形式也不單一,氫氣可以通過燃燒、制成電池等方式加以利用。氫能源作為一個重大的發展方向可以突破能源危機,在氫能的制取、儲存和運輸等環節雖然還存在不少問題,但各國都在積極地做著大量更深入的研究。


2  氫氣的發現
     在化學史上,人們把氫元素的發現與“發現和證明了水是氫和氯的化合物而非元素”這兩項重大成就,主要歸功于英國化學家和物理學家卡文迪許(Cavendish,H.1731-1810)。


在卡文迪許之前,曾經有不少人做過制取氫氣的實驗,但并沒有認真的研究它。1766年卡文迪許向英國皇家學會提交了一篇研究報告《人造空氣實驗》,講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得“易燃空氣”(即氫氣),并用普利斯特里發明的排水集氣法把它收集起來進行研究。他發現一定量的某種金屬分別與足量的各種酸作用,所產生的這種氣體的量是固定的,與酸的種類、濃度都無關。他還發現氫氣與空氣混合后點燃會發生爆炸;又發現氫氣與氧氣化合生成水,從而認識到這種氣體和其它已知的各種氣體都不同,從而斷定它是一種新的氣體。
 
3  氫能的發展
世界能源歷史發展圖中,橫坐標是年代,1850到2050,1850年之后是煤迅速的上升,世界能源主要來源于煤炭,這是指全世界的能源形勢,煤炭到了頂風以后又開始下降,接下來是石油,之后是天然氣,從能源圖上看出,這些燃料中氫原子的數目與碳原子比例,煤是一個氫氣原子一個碳原子,到了石油是兩個氫原子一個碳原子,天然氣主要是甲烷含四個氫原一個碳原子,而氫氣則不含碳原子,世界能源的發展歷史是向著含碳量逐漸減少這一趨勢進行的,這是發展的過程,所以我們認為氫氣是下一個能源。


二:燃料電池發展史
1,概述
燃料電池根據燃料的不同分為不同的類型,汽車上使用的主要是質子交換膜燃料電池。燃料電池是一個將燃料與氧氣(空氣)中化學能通過電化學反應轉換為電能的裝置,轉換效率遠遠高于內燃機。燃料電池的功率(燃料電池尺寸決定)與容量(燃料存儲尺寸決定)之間可以任意縮放,它可以是理想的全固態機械結構,沒有移動部件,從而具有高可靠性和長壽命。盡管燃料電池目前存在成本較高,功率密度還需進一步提高等不足,但它呈現出的優勢很明顯,人們也在不斷的進行研究來提高它的性能。



2  燃料電池的發展史及應用領域
世界上第一個“燃料電池”是1839年Sir William Grove發明的,該燃料電池的發電原理是利用電解水的逆過程,到1842年他發現不能產生足夠的電力,于是把50個單元組合起來,把這樣的電池叫做氣體電池。他將兩鉑分別放入兩個密封的管中,一個管充滿氫氣,另一個充滿氧氣,當這兩個管浸入稀硫酸溶液時,電流便開始在兩個電極之間流動,裝有氧氣的管中產生了水,為了提高整個裝置的電壓,他將四組這種裝置串聯起來,并稱這種電池為“氣體電池”。這個裝置后來被公認為全世界的第一個燃料電池。
在1932-1959年期間,弗朗西斯·培根采用堿性電解液與多孔氣體擴散鎳電極發明了新的燃料電池,在1959年,成功演示了一個5kW燃料電池系統,Allis-Chalmers在同年制造并展示了用燃料電池為動力牽引一個20 馬力電動機的拖拉機,該燃料電池用的是丙烷/氧氣,一共1008個單體組成,功率為15kW。



1966年,Harry Dwyer將甲醇燃料電池應用于一輛卡車上;
氫能能夠應用在很多領域,如潔凈燃料電池電站、電動汽車、潛艇以及空間電源等,20世紀60年代初期,燃料電池首次應用于宇宙飛船的空間電源,美國通用公司將PEM燃料電池應用于雙子星計劃,電池規格為3個1kW單元;
60年代中期,Pratt & Whitney(現在是美國聯合技術公司)將AFC應用于阿波羅登月飛行,電池規格為3個1.42kW單元,每單元重110kg;
在70年代,美國聯合技術公司又將AFC電池應用于航天飛機,這時電池規格為3個12kW單元,一共重90kg。
20世紀70年代,美國聯合技術公司又將AFC電池應用于航天飛機,這時電池規格為3個12kW單元,一共重90kg。
豐田計劃在2018年推出基于Sora概念車的商業模式,Sora由豐田燃料電池系統(TFCS)提供動力,動力總成采用雙驅動電機,其最大輸出功率為113千瓦,扭矩可達335牛米。



4  發展氫能社會的意義
氫能是解決國家能源安全和環境問題的最佳能源載體,燃料電池技術在大功率、長距離場景應用優勢顯著,市場潛力巨大。現階段的主要能源仍然是化石能源,這些能源不僅儲藏量有限,而且不清潔。作為清潔能源的氫能因為它的獨特優勢,將會逐步取代現階段的能源,同時也可解決能源危機問題。據預測在2050年左右將全面進入氫能社會,氫能社會必將帶來整個汽車甚至能源產業的革命性變革,也必將為未來產業的制高點,具有極大的產業引領效應。


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