毕业论文网
本论文主要论述了燃料电池论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
氢能源和燃料电池汽车 应用
摘 要：目前,全球能源需求的持续增长和化石燃料资源储备日益下降,并且环境安全问题逐渐凸显,使得建立一种清洁和可持续发展的能源系统成为了各国未来国家安全战略的迫切需要.氢能来源广泛、使用清洁而且可再生,是理想的传统化石燃料的替代能源.本文主要介绍氢能源的发展以及制氢与储氢技术,并且分析氢能源在汽车的发展之中的技术,即燃料电池汽车.以此解决目前所面临的能源问题.
关键词：氢能源；制氢；储氢；燃料电池汽车
1 概述
1.1文章综述
就人类燃料演化角度来看,氢将成为人类未来的燃料.人类燃料演化过程经历了从煤到石油再到天然气的过程,因此随着氢气的不断应用,未来燃料肯定是氢能.人类史上每一次燃料的演化都伴随人类文明的进步和发展,那么,未来氢能时代的到来肯定会改变我们人类的生活方式.氢能是最清洁的燃料,单位质量的氢气有着三倍于汽油的热值.然而,氢气并非自然资源,而是人造资源,故氢气的生产和制取都要消耗成本,氢气的制取成本也将近汽油的三倍,因此任何在氢气储存和使用过程中的过高费用增加对氢气的应用都是不利的.目前氢能的可再生应用存在很多问题,市场的供求关系并不是抑制氢能发展的主要瓶颈,真正限制氢能广泛应用的原因还在于如何高效的制取氢气以及高效低耗能存储氢气和安全运输和管理氢气等,另外氢气资源的配套设施建设,比如加氢站的建设,都构成了限制氢能使用的因素.
1.2氢气的发现
最早有关于氢气记载的文献是在16世纪,瑞士炼金术士帕拉切尔苏斯利用酸跟某些金属反应制备出了氢气,但由于当时人们对氢气的认识较局限,直接把这种新气体划分为空气.首次明确定义氢气的是杰出的化学家拉瓦锡,将这种可燃气体命名为“Hydrogen”.
氢气是宇宙中最丰富的物质,在地球上氢主要以化合态的形式存在,比如水、碳氢化合物和各类有机化合物.氢在20K（_253.50C）的低温条件可以被液化.由于氢的热导率大,扩散速度快,与氧燃烧时,其传播速度是甲烷的4倍,氢与氧燃烧极易发生爆炸式反应.氢气燃烧利用的主要技术问题是如何控制燃烧速度.氢气是—种比较常见的还原剂,因此,氢气被广泛应用在化工领域.
1.3氢能的研究
由于氢气具有来源广泛、单位质量能量密度高、使用无污染及可再生等特点,氢气一直被视为传统化石燃料最理想的未来替代能源.对其进行深入的研究对解决能源危机及环境的可持续发展问题具有深远的战略意义.世界各国都已经对氢气的研究作了大量的工作,比如美国、日本、德国、英国、俄罗斯、韩国等国家专门设立机构研究氢气,其用在氢气研究项目上的费用也是不断增加,我国也把氢气作为未来战略能源的一部分,国内清华大学、大连化工所、浙江大学、同济大学、武汉理工大学等院校在氢气研究上有着丰富的经验.目前,对氢气的研究主要集中在以下几个方面：
(1)氢气的制取,这方面的研究主要涉及如何降低氢气制取成本以及提高制取工艺水平等；
(2)氢气的存储,这方面的研究主要是如何提高氢气储存的能量密度和开发新型的储氢材料以及降低储存成本；
(3)氢气的利用,这方面的研究主要涉及如何提高氢气的利用效率；
此外,还有关于氢气的安全管理和运输、加氢站的建设以及相关法律法规的研究.本文并非是具体系统对氢气整个产业做研究,而是对氢气的制取、存储及在汽车上应用作大致的说明,以便读者通过读取本文,能对氢气相关知识有初步的认识.
2 氢气的制取
2.1 电解水制氢
电解水制氢工艺是很古老的制氢方法,制作工艺简单,制作过程自动化程度高,操作方便,制取的氢的纯度较高,可达到99%～99.9%.目前,国内外电解水制氢技术比较完善.理论上,只要电压达到1.229V就可以进行电解水,但由于氢和氧的生成过程中存在过电压,电解质干扰以及其他电阻的原因,导致实际电解电压要高于1.229V.电解水过程中耗电量较高,实际制取1rn3(标准)氢气消耗的电能不低于5kw-h．m-3,所以在当今来说,电解水制氢的成本还是比较高的.尽管电解水制氢存在严重耗能问题,但对于我国来说,仍然具有广阔的发展前景,我国水能、水电资源丰富,在西南地区具有强大的优势,如何利用我国地理区域差异以及如何利用水电站用电低谷时的余电一直是学者们研究的问题,利用电解水制氢的办法可以解决这些问题,目前我国也正积极地推进“小水电代燃料生态建设工程”的建设.
2.2化石原料制氢（重整气制氢）
化石原料制氢就是以煤、焦炭、石油、天然气以及由它们衍生的甲醇、氨气等作为原料制取氢气的方法,目前全世界大约95%的氢气都由这种方法制取.对于以烃类化石原料制氢的技术主要有蒸汽重整、自热重整（氧化重整）、烃类分解、轻烃选择氧化制氢以及等离子体蒸汽重整五种不同制取工艺.目前国内外大规模制氢装置以烃类水蒸气转化为主.这种方法无论在催化剂制备、工艺技术以及装备的可靠性等方面都已经很成熟,而其他的技术尚在研究阶段.氨分解制氢是许多浮法玻璃企业采用的主要制氢方法,基本工艺是液氨经预热、蒸发成气氨,在高温下催化分解成氨气和氮气,然后经吸附提纯,在分离即可得到高纯度的氢气,但氨分解制氢也存在一些不足,比如反应温度高,需要大量的热量．消耗能量,以及对反应器和换热器的材质要求较高；其次是液氨的运输带来的成本增加以及安全问题等.
2.3生物制氢
生物制氢技术是利用微生物在一定条件下能够产成氢气来制氢气的技术.由于传统的制氢方法存在消耗不可再生能源的问题,不再适应未来社会发展需求,生物制氢技术正日益受到各国重视,其中德国、日本、美国、以色列、俄罗斯、英国等都投入了大量人力、物力进行该项研究,美国每年用于研究生物制氢的单项经费就高达几百万美元,而日本则投入更多.这些国家并成立了专门的机构,建立生物制氢发展规划,对生物制氢基础技术和应用技术做了大量研究.目前研究的工作重点主要集中在两个方面：一是,寻求高产量的产氢微生物；二是对产氢工艺的研究.
2.4太阳能制氢
人类利用太阳能的历程可以追溯到3000年前,而将太阳能加工为一种能源和动力的时间却只有300年,随着现在科学技术的进步以及能源危机的日益严峻,人类对太阳能的开发利用也不断加快,其中利用太阳能制氢就是人类利用太阳能的方法.目前利用太阳能制氢的方法主要有太阳热分解水制氢、太阳能光伏发电制氢、光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等.
3氢在汽车上的应用
3.1燃氢技术
氢能也许一种理想的能源,由于其可以从非化石原料中获取,氢的燃烧不会产生CO,HC,SOx,碳烟等污染物,在设计良好的清洁氢发动机中,不会造成硫酸沉积,产生苯等致癌物质.所以对燃氢技术的研究引起了很多国家科研学者的广泛兴趣.目前氢能作为汽车内燃机的直接燃料的方式主要有两种,一是直接使用氢气作为燃料的全氢发动机,二是在传统内燃机燃料（如汽油、柴油）中掺入微量氢气燃烧.
相比于其他传统化石燃料,氢作为发动机燃料的有显著特点：
(1)相比于其他燃料,在较宽的温度和压力范围内,氢气在缸内有着更高的火焰传播速度；
(2)点燃式燃氢发动机运行的混合物浓度下限比其他燃料发动机更低；
(3)稀的混合气浓度,燃氢发动机在上止点处,快的燃烧能量释放速率使得氢．空气混合物迅速地燃烧,导致较高的效率输出；
(4)氢燃料发动机有更低排放污染问题；
(5)氢气快的燃烧速率使得其适合高速发动机；
(6)改变氢燃料发动机点火时刻是改善发动机性能和避免爆震的有效方式；
除此之外,氢燃料发动机还有在工作过程循环跳动更低、高辛烷值、冷启动性能好、热量损失小、效率高等特点.
3.2燃料电池
燃料电池汽车是氢能在汽车上应用的主要形式.燃料电池通过氢气与空气或氧气发生电化学反应产生电能驱动电机带动汽车行驶,燃料电池就相当于一个能量转换装置,实现化学能与电能的转变.与传统内燃机和电池相比,燃料电池有许多优点.由于燃料电池直接把化学能转换成电能,其效率远远高于内燃机；燃料电池是理想的全固态机械机构系统,这样的系统具有潜在的高可靠性和长寿命,且运行非常安静,也不会产生如NOx、Sox和微粒排放等；比较传统电池,燃料电池允许在功率和容量之间任意缩放,其尺寸也可从1瓦级（手机）做到兆瓦级（动力工厂）.
4结语
近些年来,国内外对氢能的开发和利用做了大量的理论和试验研究,并取得非常显著的成就.尽管这一进展令人鼓舞,但离氢能的广泛商业利用还有很长一段距离,还有很多问题需要解决,例如如何寻找从可再生资源中制取氢气以及降低氢气制取的成本；如何提高氢气的储存密度；如何改善氢气的管理和应用安全问题；如何优化氢能汽车的设计以及解决目前氢能在汽车上应用的技术障碍等.只有对这些问题进行全面、协调、深入的研究,才能保证氢能安全、可靠、有效的应用,才能从根本上解决我们未来子孙后代的能源安全问题.
燃料电池论文范文结:
关于燃料电池方面的论文题目、论文提纲、燃料电池论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。