我国氢燃料电池汽车研发-论文.doc

1、本 科 毕 业 论 文题 目 名 称 ： 我 国 氢 燃 料 电 池 汽 车 研 发现 状 及 发 展 趋 势 预 测 学 院 ： 专 业 年 级 ： 学 生 姓 名 ： 班 级 学 号 ： 指 导 教 师 ： 二 XXX 年 六 月 九 日 摘要- I-摘要石油资源的短缺和出于环境保护的需要，应大力开发石油以外的汽车代用清洁能源。氢燃料电池汽车是集高效、清洁于一身的代用石油燃料汽车，为保护自然环境和减少石油资源的消耗，从政府到产业界以及学术界都积极地对氢燃料电池汽车进行研究、开发，以加快氢燃料电池汽车的实用化。作为一种清洁、高效的发电技术，氢燃料电池有望成为下一代的车辆动力装置。氢燃料电池电

2、动汽车作为机械、电子、能源、计算机、汽车及信息技术等多种高新技术的集成，是典型的高新技术产品，随着机电技术、计算机控制技术、电化学技术及材料技术的迅速发展，氢燃料电池汽车在研制、开发、产业化及商业化方面将会取得突破性进展。在不久的将来，氢燃料电池汽车将成为主流技术，成为 21 世纪的绿色交通工具。关键词：氢燃料电池汽车；现状分析；前景预测大学本科毕业论文- -IIAbstractBecause of the shortage of oil resources and the need for environmental protection, should devote major effor

3、ts to exploit the vehicles substitute clean energy besides of oil. Hydrogen fuel-cell vehicle with is highly efficient and clean has been one kind of the alternative-fuel vehicles, to protect the natural environment and to reduce the consumption of the oil resource, many fields from government to in

4、dustry as well as academic field are active in the research and development on the Hydrogen fuel-cell vehicle which can speed up the utilization of the Hydrogen fuel-cell vehicle. As a clean and highly efficient power generation technology, the Hydrogen fuel-cell vehicle is expected to be the vehicl

5、es power equipment in the next generation. The Hydrogen fuel-cell and electric vehicle which integrates many kind of high-tech including machinery, electronics, energy, computers, automobiles and Information Technology is a typical high-tech product, with the rapid development of mechanical and elec

6、trical technology, computer-controlled technology, electrical chemistry technology and material technology , the Hydrogen fuel-cell vehicle will make breakthrough progress in many respects, such as manufacture, development, industrialization and commercialization, etc. In the near future, the Hydrog

7、en fuel-cell vehicle will become the main trend technology and the green traffic tool in the 21st century.Keywords: hydrogen fuel-cell vehicles; status analysis; forecast目录- I-目录摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 课题来源 .11.2 课题研究的意义 .11.3 国内外研究概况 .11.4 本文研究内容 .12 我国氢燃料电池汽车的研究现状及需要解决的主要问题 .32.1 氢燃料电池 .32.2 我国

8、氢燃料电池汽车的研究现状 .52.3 商业化应用需要解决的主要问题 .92.3.1 氢源问题 .92.3.2 氢燃料电池的成本问题 .103 我国氢燃料电池汽车的发展前景预测 .12结论 .14参考文献 .15致谢 .161 绪论- 1-1 绪论1.1 课题来源由指导老师结合我国氢燃料电池汽车研发现状及应用情况进行专题论述类课题。1.2 课题研究的意义为满足石油资源短缺和环境保护的需要，在战略上应加快汽车代用能源的开发、使用。应大力发展石油以外的汽车代用清洁能源，降低能源消耗，减少环境污染。1.3 国内外研究概况氢燃料电池汽车其高效节能，以及零排放或接近零排放的良好环境性能，使之成为当今世界能

9、源和交通领域开发的热点，现已进入商业化阶段。通用 hydrogen3 氢动力燃料电池原型车来到英国伦敦，开始穿越欧洲 14 国的行动，行程 6200 英里(约合 10000公里)，历时月余到达终点里斯本，创造新的氢燃料电池车长距离行驶耐久性世界纪录。通用又推出搭载汽油引擎和氢燃料电池引擎的 E-Flex 车型，尝试推出一款搭载超节能柴油引擎的 E-Flex 车型，该车型所配备的 E-Flex 系统包含一具电动马达，可为车轮提供驱动力。欧宝的全新 Corsa 1.3L CDTI，该车型每公里的二氧化碳排放量仅有 119 克，该车型采用一套共轨柴油涡轮增压喷射系统，在 1800 巴的喷射压力下可把

10、燃料喷射进燃烧室内。我国的氢燃料电池尤其在 PEMFC（质子交换膜燃料电池 proton exchange membrane fuel cell）方面，总体水平与先进国家的差距正在缩小。在国家科技部的支持下，我国氢燃料电池汽车取得长足进展，已研制出具有自主知识产权的氢燃料电池大客车、小轿车、自行车和助力车等。最新的氢燃料电池大客车造价已经下降到 300 万人民币，不到国外同类产品价格的五分之一，初具竞争力；我国自行研制的“超越 3 号”氢燃料电池小轿车，在巴黎举行的“清洁能源汽车挑战赛”中，取得了 4“A”、1“B”的优异成绩，并完成了 120 公里的拉力赛，引人瞩目；2008 年北京奥运会期

11、间，我国自制的氢燃料电池汽车将参与服务运营。大学本科毕业论文- -21.4 本文研究内容我国燃料电池汽车研究现状，各主要科研院所及各大公司研究到什么程度；氢燃料电池的研究现状，工作原理及发展方向；对氢燃料电池汽车的前景预测。2 我国氢燃料电池汽车的研究现状及需要解决的主要问题- 3-2 我国氢燃料电池汽车的研究现状及需要解决的主要问题2.1 氢燃料电池目前已开发的燃料电池有碱性燃料电池（AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、固体高分子型燃料电池（PEMFC质子交换膜电池)、熔态碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)。其主要性能和特点见表 l。表 1 汽车用燃料电池特点对比上表

12、中的各种汽车用燃料电池的特点，可看出碱性电池组成材料比较廉价，但是由于改质气体和空气中 CO2 产生的会引起电解质劣化，因此在短时间内必须定期更换电解液；磷酸型可以在 200以上高温条件下使用，减小了改质气体中的 CO 对电极催化剂中毒的影响，缺点是车辆反复起动、停止及轻负荷运行时工作不良；固体氧化物型能在 1000的高温下运行，可以直接使用含硫汽油燃料，但在车辆起动和负荷变化过程中会引起“热震性” ；固体高分子型（质子交换膜燃料电池）在常温状态下运行，起动、停止容易，而且功率密度高、重量轻、体积小，电解质能产生高分子膜，耐反应气体压差，工作中的电解质不易流出，为免维护电池，是最适合作为氢燃料

13、电池汽车使用。氢燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由 3 部分组成，即阳极、阴极、电解质，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，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，其电解质有酸性和碱性两种。电解液为酸性时，阳极的氢分解为氢离子和电子，氢离子在电场作用下通过电解质到达阴极，氧气接受电子形成氧离子然后与氢离子发生化学反应，形成燃料电池的排放物水；类型 工作温度 电解质 导电离子 燃料气体碱型 RT 250 KOH OH氢/氧固体高分子型 RT120 高分子膜改质气体/空气磷酸型 160210 43PH改质气体/空气熔融碳酸型 600700 +12C

14、L4OK2改质气体/空气固体氧化物型 9001000 2Zr2改质气体/空气大学本科毕业论文- -4电解质为碱性时，反应路线相反，燃料与氧化物的反应在阳极。氢燃料电池与普通电池的区别主要在于：干电池、蓄电池是一种储能装置，是把电能贮存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。20 世纪 60 年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。进入 70 年代以后，随着人们不断地掌握多

15、种先进的制氢技术，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达 60%80% ，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。由于我国氢燃料电池还没有商业化，技术上还有很多问题待解决，现在提到的用于氢燃料电池汽车上的多数是指质子交换膜燃料电池，质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称 PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂

16、，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为 1.23V，也即每一单电池的发电电压理论上限为 1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在 0.51V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆（简称电堆） 。电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢

17、，即构成质子交换膜燃料电池电堆。通常，质子交换膜燃料电池的运行需要一系列辅助设备与之共同构成发电系统。质子交换膜燃料电池发电系统由电堆、氢氧供应系统、水热管理系统、电能变换系统和控制系统等构成。电堆是发电系统的核心。发电系统运行时，反应气体氢气和氧气分别通过调压阀、加湿器(加湿、升温)后进入电堆，发生反应产生直流电，经稳压、变换后供给负载。电堆工作时，氢气和氧气反应产生的水由阴极过量的氧气(空气)流带出。未反应的(过量的)氢气和氧气流出电堆后，经汽水分离器除水，可经过循环泵重新进入电堆循环使用，在开放空间也可以直接排放到空气中。质子交换膜燃料电池发电作为新一代发电技术，其广阔的应用前景可与计算机技术