氫能和燃料電池技術(shù)，以氫氣為能源、真正實(shí)現(xiàn)零排放的燃料電池汽車，一直被公認(rèn)為是解決當(dāng)今交通能源和環(huán)境問題的最佳方案之一，代表著汽車未來的發(fā)展方向。

簡介

氫能和燃料電池技術(shù)。氫燃料電池可高效清潔地把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是比常規(guī)熱機(jī)更為先進(jìn)的轉(zhuǎn)化技術(shù)。燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，為能源動力的變革帶來重大契機(jī)，而燃料電池汽車被認(rèn)為是后化石能源時代主要的車用動力能源。與電能一樣，氫氣作為能源載體，可以通過各種一次能源的轉(zhuǎn)化獲取，成為化石能源向非化石能源轉(zhuǎn)換、從碳的低排放向碳的零排放的橋梁。

用途

二次能源是聯(lián)系一次能源和能源用戶的中間紐帶。二次能源又可分為“過程性能源”和“含能體能源”。當(dāng)今電能就是應(yīng)用最廣的“過程性能源”；柴油、汽油則是應(yīng)用最廣的“含能體能源”。由于目前“過程性能源”尚不能大量地直接貯存，因此汽車、輪船、飛機(jī)等機(jī)動性強(qiáng)的現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具就無法直接使用從發(fā)電廠輸出來的電能，只能采用像柴油、汽油這一類“含能體能源”?？梢?，過程性能源和含能體能源是不能互相替代的，各有自己的應(yīng)用范圍。隨著，人們將目光也投向?qū)で笮碌?ldquo;含能體能源”，作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產(chǎn)出來，例如煤炭、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能、水力、潮汐能、化石燃料。隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的、儲量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種在常規(guī)能源危機(jī)的出現(xiàn)、在開發(fā)新的二次能源的同時人們期待的新的二次能源。

技術(shù)特點(diǎn)

氫位于元素周期表之首，它的原子序數(shù)為1，在常溫常壓下為氣態(tài)，在超低溫高壓下又可成為液態(tài)。作為能源，氫有以下特點(diǎn)：

（l）所有元素中，氫重量最輕。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，它的密度為0.0899g/l；在-252.7°C時，可成為液體，若將壓力增大到數(shù)百個大氣壓，液氫就可變?yōu)榻饘贇洹?/div>

（2）所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍，因此在能源工業(yè)中氫是極好的傳熱載體。

（3）氫是自然界存在最普遍的元素，據(jù)估計(jì)它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大90O0倍。

（4）除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。

（5）氫燃燒性能好，點(diǎn)燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點(diǎn)高，燃燒速度快。

（6）氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，除生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、鉛化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過適當(dāng)處理也不會污染環(huán)境巨，而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。

（7）氫能利用形式多，既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料。用氫代替煤和石油，不需對現(xiàn)有的技術(shù)裝備作重大的改造現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)稍加改裝即可使用。

（8）氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。

需解決關(guān)鍵問題

由以上特點(diǎn)可以看出氫是一種理想的新的含能體能源。目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但氫能的大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有待解決以下關(guān)鍵問題：

廉價的制氫技術(shù)，因?yàn)闅涫且环N二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氫效率很低，因此尋求大規(guī)模的廉價的制氫技術(shù)是各國科學(xué)家共同關(guān)心的問題。

安全可靠的貯氫和輸氫方法由于氫易氣化、著火、爆炸，因此如何妥善解決氫能的貯存和運(yùn)輸問題也就成為開發(fā)氫能的關(guān)鍵。

許多科學(xué)家認(rèn)為，氫能在二十一世紀(jì)有可能在世界能源舞臺上成為一種舉足輕重的二次能源。氫能是一種二次能源，因?yàn)樗峭ㄟ^一定的方法利用其它能源制取的，而不象煤、石油和天然氣等可以直接從地下開采。在自然界中，氫已和氧結(jié)合成水，必須用熱分解或電分解的方法把氫從水中分離出來。如果用煤、石油和天然氣等燃燒所產(chǎn)生的熱或所轉(zhuǎn)換成的電支分解水制氫，那顯然是劃不來的?，F(xiàn)在看來，高效率的制氫的基本途徑，是利用太陽能。如果能用太陽能來制氫，那就等于把無窮無盡的、分散的太陽能轉(zhuǎn)變成了高度集中的干凈能源了，其意義十分重大。目前利用太陽能分解水制氫的方法有太陽能熱分解水制氫、太陽能發(fā)電電解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫等等。利用太陽能制氫有重大的現(xiàn)實(shí)意義，但這卻是一個十分困難的研究課題，有大量的理論問題和工程技術(shù)問題要解決，然而世界各國都十分重視，投入不少的人力、財(cái)力、物力，并且業(yè)已取得了多方面的進(jìn)展。因此在以后，以太陽能制得的氫能，將成為人類普遍使用的一種優(yōu)質(zhì)、干凈的燃料。

氫能和燃料電池技術(shù)

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用途

技術(shù)特點(diǎn)

需解決關(guān)鍵問題

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