侧链型阳离子交换膜的制备与性能研究(2)
参考文献20
1 绪论
1.1 能源危机
石油，煤，天然气是经过几千年的积淀，由在恶劣环境的摧残下，牺牲的动植物的身体沉积下来的。现如今能源短缺问题成为威胁人类社会发展的一大危机，化石燃料中的石油，煤，天然气一直在经济发展中为供给电、热量、基本材料等都起着非常重要的角色。然而随着人口的快速增长，社会经济的不断扩增，能源消耗也迅猛增加。就算是从远古就开始积存下来的能源，在人类肆意的开采下也已经快消耗殆尽了，更惨的是化石燃料的形成却是要几千年的，能源的生成速度已经远远不能满足社会发展的需求。每一次能源的创新突破都会为生产力发展和社会进步来深远的影响[1]。所以在能源短缺的驱使下，很多国家和科研机构已经在研发相应的替代能源来作为化石燃料的补充。
1.2 新能源
作为备用能源，氢气作为一种更理想化的备用能源，氢气不是直接本生就存在的能源，而是由其他物质生成的，所以氢气是二次能源。因为氢气来源为直接用水电解生成的，其生成完全无害，并且燃烧后又是生成水，是一种非常完美的绿色能源。但是，如果直接燃烧使用，不通过任何介质，虽然氢气热值非常的高，但是在现今的生成途径下，电解水的能耗相当高，并且加上氢气易燃易爆的特点，都导致它不能直接被社会工业广泛使用所接受。作为氢气应用时的良好载体，燃料电池（FC）作为新生代的成员应运而生。我们知道电池是将化学能转换成电能的装置，但是不论是干电池还是蓄电池，反应都是在电池内部进行的，燃料电池则是可以在外部，直接补充反应液，所以导致前两种电池都是间歇工作的[1]，而燃料电池，则是在微生物的作用下连续工作，因而燃料电池受到社会的广泛关注。
1.3 燃料电池
燃料电池是将化学能转化成电能的装置。FC能量来源为有机物，如果是含有机物的废水，则很好的为其提供了能量并且解决了有机物污水降解的问题，燃料电池是一种绿色的能源，释放废气很少并且能量转化的效率高，噪声小，寿命也长[2]，因而燃料电池作为一种非常有前景的替代能源，燃料电池通过电化学氧化还原反应分别在阳极和阴极将氢气和氧气的化学能转化为电能和热能，反应所产生的水是唯一的副产品，由于该过程不经过燃烧，燃料电池具有极高的能量转换效率，大约比燃煤发电厂和内燃机要高出40-50%，在电池运行过程中，除了空气和燃料鼓风机以外，它几乎不需要别的移动设备，因此具有可靠、噪音小、文护成本低和工作寿命长等优点。燃料电池身为一种清洁技术，具有非常低的化学污染、它可以使用纯氢气燃料或者其它燃料，例如天然气和甲醇。在使用高温型燃料电池时，热电联产可以增加其效率。所以，与以前的发电技术相比，燃料电池发电不受“卡诺循环”的限制，能量转换率高，且来源广泛，洁净无污染，所以燃料电池被认为是21世纪首选的清洁装置[3]。
并且燃料电池作为氢气使用的重要介质，燃料电池的最佳燃料同样是氢气。随着研究的深入，各种燃料电池相继出现，，燃料电池可按照不同方式分类标准，有不同的名称[1]：首先按在应用时是否移动，分为移动性燃料电池；固定型燃料电池按工作温度划分，可将燃料电池分为低温（工作温度低于120oC）、中温（工作温度120-260oC）、高温（工作温度260-750oC）和超高温（工作温度750-1200oC）燃料电池；而最常见的方法是根据电池内电解质的不同来划分，可分为碱性燃料电池（AFC），磷酸型燃料电池（PAFC），熔融碳酸型燃料电池（MCFC），固体氧化型燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。其中，聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）是低温燃料电池，是燃料电池系统中应用最广泛的便携式发电设备。
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