花园分享 http://blog.sciencenet.cn/u/zxczxc0417

博文

燃料电池从入门到精通——第二篇:燃料电池是一个160多岁的活力老者,他的魅力无穷,光芒四射

已有 1167 次阅读 2019-12-8 15:48 |个人分类:好好学习|系统分类:科普集锦| 燃料电池, 科普

第二篇:燃料电池是一个160多岁的活力老者,他的魅力无穷,光芒四射

 

PS:非常巧,今年正好是燃料电池发明160周年,此文正好纪念一下!表达我们对先人以及前辈们的崇高敬意!希望燃料电池在不久的将来能够造福人类!

 

1800年。WiUi Nicholson和Anthony Carlisle描述了利用电将水分解成氢气和氧气的过程。Grove看到了Nicholson和Carlisle的笔记,认为通过将电极结合进一个串联电路中可以“重新合成水”。他利用一个称为“气体电池”的装置实现了这一目标,因此,William Grove被公认为于1839年第一次演示了燃料电池。这一年是道光十九年,林则徐进行了虎门销烟。所以,燃料电池已经被发明了160年了,是一个不折不扣的老者。不过令人称奇的是,很少有一个学科能够经历这么长时间还一直被人们追捧,还是一个明星,还这么有活力。

 

可以说,燃料电池自从她出生以来,一直在缓慢的成长,对我们人类来说,她是一个老者,对于他自己来说,确是最美丽的年轻时期。他的魅力可能要持续数百年,甚至更久,那么短短的160年就是一个从婴儿到青年的时期了。为什么他成长的如此之慢?又为什么他能一直保有青春?那我们就要细细说一下他的家族和亲戚朋友了。

 

燃料电池其实有很多亲兄弟姐妹,有堂兄弟姐妹,还有远方亲戚。亲兄弟姐妹主要包括各种类型的燃料电池,有质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、碱性燃料电池等,总共大约有10个左右的亲兄弟姐妹,各个都是纯粹的燃料电池。燃料电池的堂兄堂妹包含各种我们常见的电池,比如手机里面的锂离子电池、普通汽车上的铅酸电池、玩具里面的干电池等等,也有很多个。远方亲戚就包含汽油机、柴油机、汽轮机,都是可以提供动力的发动机。燃料电池的这些兄弟姐妹大多是在19世纪中期到20世纪初期发明出来的,都是为了解决我们的能源动力问题而出生。

 

相比较而言,燃料电池还是这些兄弟姐妹中出生比较早的。比如铅酸蓄电池由法国人普兰特(G.Plante)创制,于1860年向法国科学院送交样品,落后燃料电池20多年。卡尔·本茨于1879年12月31日制造出第一台单缸内燃发动机,比燃料电池足足晚了40年。但是,这些后面出生的电池和发动机发育的早,生长的快,实用性强,所以很快就被推广开来了,一直到今天。所以,他的兄弟姐妹们一个个春风得意,叱咤风云,好不风光,大家谁还记得燃料电池这么个人啊。

 

但是随着时间慢慢流逝,很多问题慢慢出现了!原来家族里面最能干的内燃机兄弟,被发现很邋遢。虽然内燃机兄弟非常能干,人也很实在,家里的大事小情都靠他,但是这个兄弟很脏,把家里熏得黑乎乎的,院子里面也弄的乱糟糟的,家里人因此还有人得病了,慢慢大家越来越受不了。另外,内燃机兄弟还很能吃,而且还专门吃不能再生的食物——石油,再这么下去也不个办法。大家就把眼光投到家里一个干净的小妹身上,她就是锂离子电池,这个小妹很注意卫生,但是最后发现这个小妹干事情的能力比内燃机兄弟差多了。不过大家还是觉得她是个好材料,所以家里好吃好喝加持,各种资金、人力从不吝啬,希望她有一天能挑起家里的大梁。结果10年之后发现,小妹只提高了一点点,由于底子薄,怎么也扶不起来。最后还是挑不起大梁,就算拼了命,她拉的汽车也就能行驶300公里左右。看来,这个干净的小妹还是在家做点针线活比较好,外面拉车的累活还是交给其他人吧。

 

经过多年的失望,大家又把目光转向了家里一个被人遗忘的角落,那里有个叫做燃料电池大哥。这个大哥目光呆滞,还显得有些瘦弱。大家都怀疑,他能不能行,最后大家还是把他叫过来试试。的确,他也没让大家失望,轻松就把车子拉到了500甚至1000公里以外,能力超强。但是这个大哥也不是吃素的。由于常年的冷落,大哥的营养有点不良,显得瘦弱,更麻烦的是这个大哥还有大小姐的脾气,金贵的很,还没做点事情,干点活就叫苦叫累,常常罢工,搞得大家都不敢请他帮忙。那么该怎么办呢?

 

当然,首先要好吃好喝先加持上,让这个大哥成长起来。所以最近几年,国家和民间投入了海量的资金,据说有几千亿了吧,大补一番。效果也比较明显,这位燃料电池大哥的肌肉在一天天丰满,能力也在一天天增加。但是,前面欠的账太多,燃料电池大哥的脾气还是不太好,各方面的机能并不很好,稳定性也不太好,所以大家也只好哄着先做一点,虽然起主要作用的还是内燃机兄弟。目前主要用在大巴车上,因为大巴车的要求不高,心胸开阔,包容性也很好,就算燃料电池老兄发点脾气,大巴车伙计也都能接受。

 

那么这个燃料电池大哥到底有没有前途呢?答案是肯定的!但是要给燃料电池大哥足够的时间,同时不要乱吃乱喝,别补错了(后面有机会详细说说)。就像高手练功,不要练了黑暗的魔功,走火入魔了,那样,不仅燃料电池自身会被自己毁灭,还会坑害周围的人。燃料电池的魅力和他的前途密不可分,那么燃料电池到底有哪些迷人的魅力呢?

 

燃料电池能持续火了160年,是由于他的基因特别强大,强大到几乎是化学能源转化为电能的终极解决方案。或者形象的说,他综合了整个家族的最优秀基因,是整个家族的希望。那么他有哪些迷人的魅力呢?

 

首先,燃料电池很有商业头脑。内燃机兄弟买东西都是从中间商买,中间商赚了很多差价,还有哪些没什么用的包装盒,效率很低。专业点来说,内燃机吃进去汽油、柴油,要先燃烧转化成热能,再由热能转化成动力,因此效率低,还污染环境。燃料电池老兄就不一样了,他买东西都是从厂家直销,直接从厂家拿货,没有中间商赚差价。专业点来说,燃料电池能够直接把燃料(如氢气和甲醇)的化学能转变成电能,所以效率很高,是内燃机效率的2-3倍。更高的效率意味着省钱,省资源,大家都喜欢。

 

第二,燃料电池跟他的锂电池小妹一样非常爱干净。燃料电池由于喜爱使用类似氢气、甲醇之类的燃料,再加上他使用的时候经历的是干净的电化学过程,而不是内燃气中的燃烧过程,所以产生的是干净的水,而不是黑烟和有毒气体(硫化物,氮化物),这个水干净到什么程度呢,甚至达到饮用水的级别(但是还是不建议尝试)。试问,谁不喜欢跟爱好卫生,有整洁习惯的人做朋友呢?所以燃料电池的朋友很多,大家都喜欢他。

 

第三,燃料电池还是一个热爱跟人合作的好伙伴。因为燃料电池的燃料是氢气或者甲醇,他们可以从很多其他能源得到。比如氢气可以从电解、光催化、化学燃料等等途径得到,燃料电池可以跟各个能源领域通力合作,共同完成能源进化的大业。

 

第四,燃料电池还拥有内燃机小弟的高能力和爽气。燃料电池的汽车加上一次燃料,可以跑500到1000公里,跟内燃机小弟拉车的能力一样厉害。而且,燃料电池也很爽气,没有燃料的时候,只需要5分钟就可以吃饱,重新焕发活力。而不是锂电池小妹,一次充电短则一两个小时,长则七八个小时,出趟门门不容易,化妆打扮一样不能少。

 

第五,既可以力大无穷,又可以细若柔丝。这是燃料电池老兄最厉害地方。内燃机可以拉车,但是不能放到手机这么小的电器上;而锂电池可以放到手机上,偶尔也可以拉拉车,但是不能做发电站。燃料电池就不一样了,他可以小到手机、玩具,甚至可以植入到人的皮肤中,大到可以拉车,甚至可以做发电站,给一个城市供电。大家是不是觉得燃料电池老兄特别厉害啊!!

 

实际上,燃料电池的魅力还远远不止这些呢!还有很多魅力大家可以上网自己找找,或者以后有志做燃料电池的研究或者工作,会慢慢发现的,而且也有待大家继续开发。

 

燃料电池这么厉害、这么大的魅力也是他历经160年仍然还处于年轻时期主要原因。这些魅力一方面是燃料电池天生所具有的强大基因,也得益于无数科研人员,科学家的辛勤开发。下面,我们将用最厉害的装备详细的向大家解密燃料电池的基因,看看燃料电池到底强大在什么地方!

 




http://blog.sciencenet.cn/blog-236430-1209251.html

上一篇:燃料电池从入门到精通——前言和第一篇
下一篇:燃料电池从入门到精通——第三篇:燃料电池强大基因的揭秘

2 范振英 梁庆华

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2020-1-28 19:27

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部