我叫王大锤o
范文一：燃料电池发展现状
燃料电池发展现状(上)
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1、 燃料电池的原理及特点
1.1燃料电池的组成及分类
燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是由于反映过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，大部分类型的燃料电池的效率高达50%一60%，通过对余热的二次利用，总效率可高达80%-85%。作为动力源，其实际能源利用效率是普通内燃机的2-3倍。
氢氧燃料电池装置从本质上说是水电解的一个“逆”装置。氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。燃料电池的基本结构主要由阳极、阴极、电解质和外电路组成。其阳极为氢电极，阴极为氧电极，两电极间是电解质。通常阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，以加速电极上发生的电化学反应。
根据所使用的电解质类型、燃料来源等的不同，燃料电池可分为以下5种类型(见附表):碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)。
1.2质子交换膜燃料电池工作原理
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型燃料电池，其电解质是一种固体有机膜，在增湿情况下，膜可传导质子。它一般采用铂做催化剂，工作环境温度一般为60一80?，属低温燃料电池。
质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极、密封圈和带有导气通道的流场板组成。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部分，中间是一层很薄的膜—质子交换膜(PEM)，这种膜不传导电子，是氢离子的优良导体，它既作为电解质提供氢离子的通道，又作为隔膜隔离两极反应气体。膜的两边是气体电极，由碳纸和催化剂组成，阳极为氢电极，阴极为氧电极。流场板通常由石墨制成。质子交换膜燃料电池以氢为燃料，空气或纯氧为氧化剂。多个电池单体根据需要串联或并联，组成不同功率的电池组(电堆)。
质子交换膜燃料电池的工作原理如附图所示:
(l)氢气通过双极板上的导气通道到达电池的阳极，通过电极上的扩散层到达质子交换膜。
(2)氢气在阳极催化剂的作用下解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子。
(3)在电池的另一端，氧气或空气通过双极板上的导气通道到达电池的阴极，通过电极上的扩散层到达质子交换膜。同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极。
(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水。
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与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。生成的水通过电极随反应尾气排出。
1.3燃料电池的特点
(1)能量转化效率高。效率高达50%一60%，通过对余热的二次利用，总效率可高达80%一85%。
(2)无污染，可实现零排放。工作过程的唯一产物是水。
(3)效率随输出变化的特性好。部分功率下运行效率可达60%，短时过载能力可达到200%的额定功率。
(4)运行噪声低，可靠性高。无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。
(5)构造简单，便于维护保养。模块化结构，组装和维护方便;没有运动部件，磨损之类故障少。
(6)燃料(氢气)来源广泛。制备方法多样，可通过石油、甲醇等重整制氢，也可通过电解水、生物制氢等方法获取氢气。
(7)燃料补充方便。可以采用甲醇等液体为燃料，利用现有的加油站系统，采
用与汽车加油大体相同的燃料补充方式短时间内完成燃料的补充。
(8)环境适应性强。它的功率密度高、过载能力大、可不依赖空气，因此可两栖使用，适应多种环境及气候条件。
1.4燃料电池的燃料
燃料电池研究开发已有多年，工业化中遇到的最大问题是开发能及时和有效进行燃料转化的技术。燃料电池用的燃料主要有4种:氢、清洁烃、甲醇、乙醇，它们各有其优点和不足。以用于燃料电池车来看:用氢气作燃料需要的成本低、整套工艺，但需要专门销售部门和安全设施，在进入市场前必须对公民进行知识性教育，保证用氢安全。氢的基础设施的成本和风险需要在汽车制造商、燃料提供商和政府之间协调解决。如果用汽油，主要问题是要减轻燃料电池受硫污染，因此必须使用清洁汽油，此外还有汽油转化问题。如果用甲醇，主要是毒性问题，要解决其用法和成本。乙醇作为燃料电池车的燃料来讲，主要是价格问题。目前只可能与柴油或汽油一起用来控制油价。4种燃料中目前看来，清洁烃是最好的。长远看来，氢是最佳选择。但是它们都有缺点:烃和甲醇来自石油及其衍生物，甲醇毒性大，乙醇价格高，氢难以储存。
2燃料电池的历史及现状
2.1试验室研究阶段
这个阶段从1840年，格洛夫(Grove)发明氢氧气体电池开始至1952年，畔Bacon研究成功具有实用性的培根电池并获得专利止，约100余年。
(1)格洛发现4个电池串联，可用来电解水并产生H:及02。当时所用铂片宽度约6mm，浸入电解液形成的半月浸润面约Zmm高，因此输出的电流很小，难于做成有实用价值的电源。但有两点对以后燃料电池的发展具有深远影响:?第一次提出用氢作为燃料电池直接燃料电极;?第一次提出反应气体、电解液和导电电极催化剂三相反应区的概念。
(2)氢作为燃料显然太贵了，固体碳是自然界最普通的燃料。因此，Grove之后的很长一段时间(直到20世纪前半叶)许多学者对固体碳燃料电池进行了多方面研究，但都未获成功，原因是:?碳很难发生电化学反应;?天然碳中含有灰分，不易清除且污染电解质;?固体物质难于连续输送。人们最终放弃了以固体碳为直接燃料的努力，而以固体碳燃料经过气化而得到的气体燃料(含H:及CO)为燃料电池的间接燃料。日本学者高桥武彦对燃料电池反应机理描述如下:燃料}电解质}氧化剂(空气及02)(+)有两种反应途径:?电子(外回路)燃料氧化剂氧化生成物燃料离子(内部);?电子(外回路)氧化生成物燃料氧化剂阴离子(内部)。可见，无论是燃料还是氧化剂，能被离子化并在电池内流动是十分重要的。同时，在氧化生成物一侧并不发生离子化。
(3)1952年，FTBacon研制出具有实用性的培根电池并获得专利。其研制思路是避免采用贵重金属，并尽量获取较高的输出功率。在借鉴前人研制经验的基础上，采用双层孔径烧结镍电极，27%一37%的KOH水溶液电解质，纯氢和纯氧为燃料和氧化剂，副产物是纯水。后来，培根电池专利转让给美国普拉特一惠特尼飞机公司(即现在的UTC公司)，并改进成阿波罗登月飞船电源。当时，这是唯一能满足要求的电池，假如没有这种高性能电池，登月计划是难于实现的。因此，我们称培根电池是燃料电池由实验走向实用的里程碑性质的电池。
2.2实用性开发阶段
这个阶段大致从20世纪60年代开始一直延续至今。可分以下几个主要应用领域。
(1)航天用燃料电池的开发。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)由美国GE公司首先开发成功，应用于吉米尼号宇宙飞船(1965年)。但由于当时采用聚苯乙烯磺酸膜，不耐氧化，寿命只有500h左右。因此，美国NASA最后选用了碱性燃料电池。20世纪80年代以后，美国研制成功全氟磺酸离子交换膜(Nafion膜和Dow膜)及膜电极工艺，性能得到突破化进展，电池寿命可达5000h。由于碱性燃料电池在航天应用中已定型，所以经改进，性能优异的质子膜燃料电池在航天领域的应用有向再生式燃料电池发展的趋势。碱J哇电解质燃料电池(APC)有两种碱性燃料电池开发为航天用燃料电池，即改进的培根电池及石棉膜型碱性燃料电池。阿波罗宇宙飞船采用改进的培根电池(PC3A一2型)，电池平均输出功率600W，但要求在工作电压范围内能输出1420W，目的是防止万一出故障，三组电池中有两组失效，剩余一组仍能输出足够功率，保证飞船安全返回地面。燃料电池(PC 17一C型)改用石棉体含32%KOH水溶液为电池隔膜，因负载变化而引起的电解液体积增减，由饱含电解液的多孔镍贮液板调节，电极催化剂与石棉隔膜之间，借助添加适量PTFE形成稳定的三相反应区，免除了笨重的双层孔径烧结镍电极及复杂的压力控制系统，大大减轻了质量。电池冷却用氢气循环，每2个单体之间放一块冷却板。12kw电池系统由96个面积为470cm2的单体电池，32串联后再三并形成，电压28一犯V，单电池厚7.6mm，双极板由镀金镁板构成。正极氧电极为载有10mg/cm，
铂一金催化剂的金网(100目)，负极为载有10m岁cmZ铂催化剂的银网，石棉基体0.smm厚，电解液贮液板为烧结多孔镍板，氢冷却板为镀金镁板。电池组工作温度83?，工作压力0.4lMPa，平均输出功率7kw，峰值功率12kw，电压27.5一32.5V，寿命2500h，可供多次飞行，直到累积飞行时间达2000h为止。
阿波罗飞船电池的单位功率比重为40kg/kw，航天飞机用电池的单位功率比重为3.6kg/kw?为了适应未来的1000kw级、更长寿命的航天电源要求，20世纪80年代中期以后对上述电池进行改进，使工作温度提高到巧0?，压力提高到1.4MPa，电流密度提高到6~7A/cm，，单位功率比重达到0.56k岁kw，若将此技术用于现在的航天飞机，在83?，0.4MPa情况下工作寿命可达10000h。汽车电子。
汽车电子 发表于:2009-07-07 14:07:49
(0210)《古代散文》复习思考题
一、填空题
1(甲骨卜辞、 和《易经》中的卦、爻辞是我国古代散文的萌芽。
2(深于比兴、 ，是先秦散文的突出特点。
3(《 》长于描写外交辞令。
4(《国语》的突出特点是长于 。
5(“兼爱”、“非攻”是 思想的核心。
6(先秦诸子中， 善养“浩然之气”。
7(先秦诸子中， 提出了“言不尽意”、“得意忘言” 的观点。
8(荀子的《 》是我国最早以“赋”名篇的作品。
9(《鵩鸟赋》是 的骚体赋。
10(枚乘的《 》标志着散体赋的正式形成。
11(“破釜沉舟”出自《 》。
12(对偶、辞藻、用典和声律是 的主要特征。
13( 被鲁迅誉为“改造文章的祖师”。
提出的著名观点。 14(“文以气为主”、“诗赋欲丽”是
15(《大人先生传》的作者是 。
16(嵇康的代表作是《 》。
17(西晋作家中， “善为哀诔之文”。
18(《归去来兮辞》可以说是 辞仕归隐的宣言书。
19(《别赋》、《恨赋》的作者是 。
20(孔稚圭的《 》以山灵的口吻，讽刺了“身居江海之上，心存魏阙之下”的
假隐士。
21(唐代古文运动发生在 时期，是一次提倡散文、
的文体改革运动。
22(苏轼称 “文起八代之衰”。
的论说文。 23(《论佛骨表》是
24(由于唐代 的大量创作，寓言才成为一种独立的文体。
25(鲁迅称晚唐 是“一塌糊涂的泥塘里的光彩和锋芒”。
26( 在韩愈“不平则鸣”说的基础上提出了“穷而后工”的观点。
27(欧阳修的《 》用21个“也”字置于句尾，既增加了文章
的抒情气氛，又增强了文章的咏叹情调。
28(既平易自然又委婉曲折，是 散文的风格。
29(“文理自然、姿态横生”是 的主张。
30( 编选了《唐宋八大家文钞》。
9
31(清代骈文中兴，成就最显著的作家是 。
32( 是晚明小品文的代表作家。
33( 是桐城派散文的创始人，并首倡“义法”说。
二、解释题
1、春秋笔法 2、古文运动 3、气盛言宜 4、四六文
5、冨吴体 6、燕许大手笔 7、简而有法 8、文理自然、姿态横生
9、“童心”说 10、义法
三、简答题
1、《春秋》记事的特点。
2、《战国策》的语言特色。
3、《冯谖客孟尝君》是怎样刻画冯谖形象的,
4、《论语?侍坐》中人物的性格特点。
5、《孟子》的论辩艺术。
6、《墨子》散文的主要特点。
7、《荀子》一书的比喻有何特点,
8、贾谊、晁错散文比较。
9、建安时期散文的特点。
10、简述南北朝的文风。
11、陆贽骈文的突出特点。
12、古文运动兴起的原因。
13、中唐、北宋古文运动的异同。
14、“唐宋八大家”称谓的由来。
15、王安石散文的主要特点。
16、苏辙的“养气”说。
17、苏轼提倡的“辞达”。
18、归有光散文的特色。
四、论述题
1、先秦散文的总体特征。
2、《左传》的艺术特点。
3、《战国策》的文学成就。
4、《庄子》的艺术成就。
5、为什么说《史记》是“无韵之《离骚》”,
6、唐代古文运动的成就。
7、韩愈的古文理论。
8、韩愈《张中丞传后叙》的艺术特点。
9、韩愈在散文史上的地位。
10
10、柳宗元对散文发展的贡献。
11、欧阳修散文的风格特色。
12、曾巩散文的特点。
13、苏轼的古文主张。
14、苏轼散文的风格特色。
15、晚明小品文的特点。
(0210)《古代散文》复习思考题答案
一、填空题
1、铜器铭文 2、深于取象 3、《左传》 4、记言 5、墨子 6、孟子
7、庄子 8、《赋篇》 9、贾谊 10、《七发》 11、《史记?项羽本纪》
12、骈文 13、曹操 14、曹丕 15、阮籍 16、《与山巨源绝交书》
17、潘岳 18、陶渊明 19、江淹 20、《北山移文》
21、贞元、元和 反对骈文 22、韩愈 23、韩愈 24、柳宗元
25、小品文 26、欧阳修 27、《醉翁亭记》 28、欧阳修 29、苏轼
、茅坤 31、汪中 32、张岱 33、方苞 30
二、解释题
1、春秋笔法:相传孔子编纂《春秋》时，按照自己的观点，对一些历史事件和人物作了评判，并选择他认为恰当的字眼来暗寓褒贬之意。这种以一字为褒贬，寓褒贬于叙事之中，含蓄谨严而带有倾向性的文字，人们就称为“春称笔法”。
2、古文运动:指发生在中唐贞元、元和时期和北宋时期，由韩愈、柳宗元和欧阳修领导的一次提倡散文、反对骈文的斗争运动，是一次文体、文风和文学语言的改革运动。
3、气盛言宜:韩愈继承孟子、曹丕的文气说，把文气和语言的关系形象地比喻为水和浮物的关系:“气，水也;言，浮物也;水大而物之浮者大小毕浮。气之与言犹是也，气盛则言之短长与声之高下者皆宜。”(《答李翊书》)韩愈认为气指作家思想道德的自我完善和勤学若练、提高艺术水平两方面。韩愈明确指出作家思想道德和学识的好坏，一定要在文章中表现出来，强调作家必须提高道德和学识修养，文章才能气势充沛。
4、四六文:骈文讲究对偶、辞藻、用典、声律，句式以四字句、六字句为主，又因李商隐把他的骈文集取名为《樊南四六》，故骈文又称四六文。宋代的骈文叫宋四六。
5、冨吴体:初唐武则天时期，富嘉谟与吴少微，二人友善，好尚相同，文风相似，在当时作者中，自为一体，被称为富吴体，特点是力矫徐庾余风，以经典为本，崇尚典雅。
6、燕许大手笔:开元年间，张说、苏颋并称“燕许大手笔”。张说在玄宗时任中书令，封燕国公。苏颋在武则天时袭封许国公，玄宗时为宰相。朝廷的重要文件大多出于他二人之手，如为天子起草的制、敕，也有代群臣起草的表、状，所谓“大手笔”者，即指这类文字。
7、简而有法:欧阳修提出了“简而有法”的主张。“简”是指对题材的取舍剪裁，要意深言简，有高
11
度的概括力;“法”是指艺术技巧，要写得生动形象，于含蓄中寓有褒贬。
8、文理自然、姿态横生:苏轼在《答谢民师书》中说:“大略如行云流水，初无定质，但常行于所当行，常止于不可不止，文理自然，姿态横生。”所谓文理自然、姿态横生，指作家要无拘无束，自由抒写，又要波澜横生，千姿百态。文理要出于自然，姿态要千变万化。
9、“童心”说:李贽认为:“童心者，真心也。若以童心为不可，是以真心为不可也。夫童心者，绝假纯真，最初一念之本心也。若失却童心，便失却真心;失却真心，便失却真人。”。李贽所谓“童心”、“真心”，就是我们平时常说的赤子之心和真情实感。李贽大声疾呼，强调“童心”之真，痛斥当时文坛之假，表明他主张发扬个性，抒写真情实感。
10、义法:方苞的古文主张。“义，即《易》之所谓‘言有物’也;法，即《易》之所谓‘言有序’也。”(《又书货殖传后》)就是说言之有物而文有条理。若结合方苞其他论述作总体的归纳，则“义”主要指文章的意旨、论断与褒贬，“法”主要指文章的布局、章法与文辞。
三、简答题
1、?文辞简略，叙事简若大纲，往往一二短句便记一事，有点类似今天的标题新闻;?寓褒贬于记事的“春秋笔法”;?“简而有法”，用语严谨精确，一字不苟。
2、语言铺张扬厉，辩丽恣肆。《战国策》主要记载纵横捭阖的策士之辞，这些说辞铺张扬厉、辩丽横肆，主要表现为极力铺陈排比，夸张渲染，在散体中包容着大量的骈辞俪句，具有辩丽恣肆，纵横驰骋的特点。
3、《战国策》刻画冯谖形象，欲扬先抑，层层深入，愈转愈奇;还通过孟尝君左右之人对冯谖“笑之”、“恶之”，孟尝君对冯谖“市义”之举“不悦”等描写，来反衬冯谖的奇异性格和不凡见识。
4、孔子的和蔼可亲、循循善诱、诲人不倦;子路的直爽鲁莽;冉有、公西华的谦逊谨慎;曾皙的淡泊洒脱;都给人留下了深刻的印象。
5、《孟子》文章的突出特点是讲究论辩艺术。他特别注意论辩方法，讲究论辩技巧。善设机巧，引人入彀。
6、《墨子》散文最大的特点是讲究逻辑。另一特点是崇尚质朴，不重文采。
7、《荀子》中的比喻极富特色，常用一连串的比喻，层见叠出。如《劝学》:“君子曰:学不可以已。青，取之于蓝而青于蓝;冰，水为之而寒于水。”“故不登高山，不知天之高也;不临深渊，不知地之厚也;不闻先王之遗言，不知学问之大也”。类似的取譬设喻，几占全文之半。
8、贾谊和晁错都主张重农抑商、削弱诸侯势力、抗击匈奴侵扰，为文皆疏直激切，尽所欲言。但贾谊颇有迂阔之论，不如晁错之文具体切实，极少空疏之谈。贾谊之文富于文采，有战国纵横之风;晁错之文气势恢宏，明快畅达，论析透辟，冷峻严谨，颇有先秦法家之风。
9、建安时期的散文，突破了传统礼教规范的束缚，扫荡了经学牵强附会烦琐求证的作风，形成了清峻、通脱、骋词、华靡的文风。
10、南北朝时期，文风趋向靡丽，语言更尚骈偶，散文逐渐被骈文取代。特别是南朝，贵绮丽，尚辞采，重骈俪，文坛是骈文的天下;北朝的文章尽管也注重骈偶，而文风却不同，贵质朴，尚征实，求朴野，散体的成就超过南朝。
11、中唐时期，最富盛名的骈文家是陆贽。他的骈体文最突出的特点是:不用典，不征事，不用华丽
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的辞藻，完全以自己浅近朴素的语言写出。
12、古文运动的兴起是政治改革的需要，也是文体改革的需要。
13、北宋古文运动和唐代古文运动在提倡古文这一点上是相同的，但也有不同之处:第一是北宋古文运动是和诗歌革新运动密切地联系在一起的;第二是唐代古文运动在改革文风方面，主要是反对浮艳纤弱的文风，北宋古文运动除了要求革除浮艳纤弱的文风外，还要反对艰涩怪僻的倾向，这在一定程度上避免了唐代古文运动的缺陷。
14、最初将这八个作家的散文作品编选成集刊行的，是明初朱右(一作佑)的《八先生文集》，可惜此书已不传，无法知道他把这八个作家的作品编选成集的初衷。后来唐顺之又有《文编》一书，选录唐宋散文作品，除韩、柳、欧、王、三苏和曾八人以外，它无所取。嘉靖时古文家茅坤在此基础上编选了《唐宋八大家文钞》，“唐宋八大家”一名，即由此而来。
15、王安石的散文，政治思想性和学术性较强，行文简洁，笔力劲健，文风刚健峭拔。
16、苏辙论文提倡“养气”说。他继承孟子的“养气”和韩愈的“气盛言宜”的主张，强调养气对文章的重要作用。苏辙所说的“气”，指作者的思想修养、精神状态，表现在作品里就是气势。“气”不是先天赋予的，而是靠后天培养的。养气包括两个方面，一是加强内心修养，二是增加阅历和见识。
17、苏轼强调“辞达”。要使物既“形于心”又“形于手”，作者必须有高超的驾驭语言的能力，所以苏轼特别重视“辞达”，要求辞要达意、言能尽意。他在《与王庠书》中说:“孔子曰:‘辞达而已矣。’辞至于达足矣，不可以有加矣。”《答谢民师书》也说:“辞至于能达，则文不可胜用矣。”苏轼认为作家要对事物了然于心，了然于口与手，意之所至，笔亦随之，把客观事物和人们的微妙心灵准确地、恰如其分地用言辞表达出来。
18、归有光的散文，从内容上看，大多记一些日常生活琐事，并无惊人的事件、曲折的过程，但由于作者善于捕捉生活中的细节，以小见大，于细微毫末处寄寓情意，给人的印象就异常深刻。从艺术上看，他善于即事抒情，用朴素简练的文笔剪辑刻划一些日常生活的断片，以寄托情感和理想，纡徐平淡，娓娓而谈，如叙家常，亲切动人，正所谓“无意于感人，而欢愉惨恻之思，溢于言语之外”。 四、论述题
1、先秦散文，特别是战国文章具有鲜明的特征:首先，具有强烈的现实性和浓厚的政治色彩;其次，发愤著书;再次，文史哲三位一体;最后，“深于比兴”，“深于取象”。
2、?长于叙事;?长于描写战争;?长于描写外交辞令。
3、?塑造了姿态各异的人物形象;?语言铺张扬厉，辩丽恣肆;?善于运用比喻和寓言，把道理讲得深入浅出、鲜明惊醒而富有启发性。
4、?庄子是一个哲学家，同时又富于诗人气质，因而他常用艺术形象来阐明哲学道理;?《庄子》散文想象丰富，构思奇特，形象怪谲;?《庄子》散文词汇丰富，而又运用自如，善于对事物进行细致、生动的描绘。
5、首先，在遭遇不平而发愤著书，通过著作鸣不平于天下后世这一点上，司马迁和放逐之后“乃赋《离骚》”的屈原是十分相似的;其次，《史记》能够通过对人物生活经历的具体描绘，栩栩如生地再现出人物的鲜明形象和性格特征。这种具有个性化色彩的人物描写，是《史记》的人物传记富于文学特征的又一个原因;再次，《史记》在描写历史人物时，寄寓著作者的褒贬和鲜明的爱憎感情。
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6、在政治思想方面，排斥了佛老，加强了儒家思想的统治地位;在文学方面，对文体、文风和文学语言进行了革新，确立了一种切合实际，便于表情达意的新散文，缩小了骈文的应用范围，产生了许多优秀的文学性散文，并由此促进了其它文学形式如传奇、变文的发展;在影响方面，对宋代的诗**新运动、明代的前后七子的复古思潮、清代桐城派的散文，产生了深远的影响。
7、文以载道;不平则鸣;气盛言宜;陈言务去、词必己出;不专一能、怪怪奇奇。
8、最大的特色是议论与叙事紧密结合。前半部分侧重议论，针对污蔑许远的谬论进行驳斥，在驳斥中补叙许远的事迹。后半部分侧重叙事，着重记叙南霁云的动人事迹，并补叙了张巡、许远的一些轶事。前者之议论为后者叙事之“纲领”，后者之叙事是为前者之议论提供事实佐证。其次是人物形象刻画得鲜明突生动，光彩照人。再次，本文气势充沛，激情饱满，无论叙事抒情，作者的主观感情色彩均极为浓厚，饱含其对英雄的信任与景仰。
9、韩愈领导了中唐的古文运动，提出了一整套古文理论主张，解决了以前散文家没有解决或没有解决好的问题。韩愈为中唐古文运动组织了一支人数众多的队伍，培养和造就了一代古文作家，使中唐的古文运动取得了巨大的成就。
韩愈提倡先秦两汉的散文，有意识地以散体取代骈体，给统治文坛数百年的骈文以致命的打击，为恢复先秦两汉散文的优良传统作出了贡献。
韩愈创作了大量优秀的散文，形成一种规范性的文体，具有雄健奔放、波澜壮阔的风格特征，对扫荡六朝以来的柔靡文风起了摧枯拉朽的作用。
韩愈是继司马迁之后我国古代最杰出的散文家之一。他的散文理论和典范作品，以至他丰富多彩的表现手法，至今仍然值得我们学习和借鉴。他集前人之大成，而又给予后世巨大的影响。
10、?柳宗元同韩愈一起领导了中唐古文运动，提倡古文，打垮了骈文的统治地位，使散文走上了健康发展的道路;?柳宗元创作了大量的散文作品，各体散文都有很大的成就。柳宗元的传记文，大量为平凡百姓立传，突破了史传传统，具有重大意义;柳宗元大量创作寓言，第一次把寓言发展成为一种独立的、富有文学意味和斗争性的文体，使它彻底摆脱了对其他文体的依附地位;柳宗元山水游记的成就最大，代表了我国古代山水文学的最高成就。
11、欧阳修散文总的风格特色是既平易自然又委婉曲折，即使在强烈抒情时亦如此。平易自然是宋代散文的共性，委婉曲折则是欧阳修散文的个性。所以欧阳修散文别具一种回旋跌宕的韵味，形成了感慨唱叹、委婉曲折，从容自得的所谓“六一风神”。
12、曾巩擅长为古书作序，如《〈战国策〉目录序》、《<列女传>目录序》等;曾巩的散文善于叙事，长于说理而短于抒情;曾巩赞成欧阳修“简而有法”的主张，注重语言的言简意深、概括凝练，形成了曾文典雅洁净的语言特色;曾巩的文风柔婉纡徐、平和庄重。
13、在文道观上，苏轼坚持文道统一，但他更重文，重视文章的文学性;在语言上，苏轼强调“辞达”。要使物既“形于心”又“形于手”，作者必须有高超的驾驭语言的能力，所以苏轼特别重视“辞达”，要求辞要达意、言能尽意;在文章风格上，苏轼崇尚自然，反对雕琢。
14、苏轼的散文具有雄健奔放、挥洒自如的风格。正如他自己所说:“如万斛泉源，不择地而出”，“如行云流水，初无定质”，“文理自然，姿态横生”。 他的论说文，引证史实，指斥时弊，写得明晰透辟，气势磅礴，雄辩滔滔。其他文章写得自由随便，自然流畅，随手拈来，信笔挥洒，言简意明，饶多意趣。真
14
所谓如行云流水，文理自然，姿态横生。
15、晚明小品文不是代圣人立言，不是宣传传统意识的“平正”的大块文章，也不是应世干禄而苦用心机的大著作，与“高文典册”、“肉食大言”的庙堂文学不同。而是不讲“性理”，不受形式拘束，以性灵为主要选择，不肯言他人之所言，而言其所不敢言，运用自然清新甚至口头语言，抒写自我感受之作。上至宇宙之大，下至蚊蚋之微，无所不写;游山玩水，吟风弄月;说理言情，往来小简，信手拈来，有则多写便长，无则少写便短，随心所欲，自由活泼，隽永有味，富于个性色彩。
一、填空题(每空1分，共16分)
1(甲骨卜辞、 铜器铭文 和《易经》中的卦、爻辞是我国古代散文的萌芽。
2.《尚书》是中国现存最早的一部古史，也是中国第一部已成篇章、初步成型的古代散文集。
3.《左传》是采用鲁国历史纪年而传周、晋、宋、齐、楚、郑等国之事的著作。
4. 辛弃疾的散文主要是奏议，尤其是《十论》、《九议》最有名。
5.秦朝有成就的散文家惟李斯一人，而且体现他的散文成就的是他的说理文《谏逐客书》。
6.西汉后期的散文，首先值得重视的是桓宽的《盐铁论》。
7.最能代表陈子昂复古革新理论的是他的《修竹篇序》。
8.柳宗元的散文成就是多方面的，比如山水游记、寓言小品、文学传记等都具有开创性意义，在
写法上也独具特色。
9.《吕氏春秋》是吕不韦在秦国为相时召集门客集体撰写的。
10.“韩柳欧苏”为唐宋散文宗匠，其中苏轼后出，但成就更为突出。
二、选择题(每题2分，共30分)
1.春秋至战国初的思想学术界，大体是儒家、道家、墨家的天下。下列那部著作不是这三大学派
的代表著作( )。
A.《论语》 B.《老子》 C.《墨子》 D.《战国策》
2.( )标志着论说文已经摆脱语录体形式，开始进入专题性论说文阶段。
A.《论语》 B.《老子》 C.《墨子》 D.《庄子》
3.中国古代散文的振兴并再次形成高潮是在( )。
A.汉代 B.魏晋南北朝 C.隋唐 D.清朝
4.( )是我国的第一部断代史，史学价值很高，对后代正史的影响也极为深远。
A.《艺文志》 B.《文心雕龙》 C.《汉书》 D.《史记》
5.被鲁迅先生称为“改造文章的祖师”的是( )
A.陆机 B.潘岳 C.曹操 D.陶渊明
6.下列作品中不能代表北朝散文的最高成就的作品是( )
A.郦道元的《水经注》 B.杨之《洛阳伽蓝记》
C.颜之推的《颜氏家训》 D.阮籍的《大人先生传》
7.传统散文发展和繁荣的辉煌时期是( )
A.先秦 B.唐宋 C.魏晋南北朝 D.元明清
15
8.唐代古文运动的先驱是( )
A.张说 B.陈子昂 C.梁肃 D.韩愈
9.( )既是一部规模宏大的编年体通史，史学价值很高，又是一部具有较大天文学价值的著作。
A.《文心雕龙》 B.《汉书》 C.《史记》 D.《资治通鉴》 10.笔记散文的兴盛在( )。
A.明清 B.南宋 C.先秦 D.隋唐
11.被称作明一代“绝代的散文家”的是( )。
A.张岱 B.徐霞客 C.刘侗 D.王思任
12.清初散文在思想内容上共同的特色是主张( )。 A.文以载道 B.经世致用 C.知人论世 D. 传道明心 13.下列不属于“桐城派”作家是( )。
A.方苞 B.姚鼐 C.刘大櫆 D.戴名世
14.中国散文史上第一个山水游记的开拓者和奠基者是( )。 A.韩愈 B.柳宗元 C.王维 D.刘禹锡
15.史传散文，是在 ( )流传之后产生并发展成型的。 A.《左传》 B.《春秋》 C.《战国策》 D.《论语》
三(名词解释(每题3分，共15分)
1、唐宋八大家
2、《战国策》
3、老庄
4、正始散文
16
5、古文运动
三、简答题 (每题5分，共15分) 1、从散文发展和成型的视角谈谈《尚书》的几个特征。
2、简述韩愈的古文理论。
3、简述王安石记叙散文的主要特色。
四、论述题(每题12分，共24分)
1、 论述柳宗元对散文发展的贡献。
17
2、《史记》作为形象的历史，人物的画廊，为后代散文家和散文创作所借鉴的方面表现在那些方面, 一、填空题(每空1分，共16分)
1(甲骨卜辞、 铜器铭文 和《易经》中的卦、爻辞是我国古代散文的萌芽。
2.《尚书》是中国现存最早的一部古史，也是中国第一部已成篇章、初步成型的古代散文集。
3.《左传》是采用鲁国历史纪年而传周、晋、宋、齐、楚、郑等国之事的著作。
4. 辛弃疾的散文主要是奏议，尤其是《十论》、《九议》最有名。
5.秦朝有成就的散文家惟李斯一人，而且体现他的散文成就的是他的说理文《谏逐客书》。
6.西汉后期的散文，首先值得重视的是桓宽的《盐铁论》。
7.最能代表陈子昂复古革新理论的是他的《修竹篇序》。
8.柳宗元的散文成就是多方面的，比如山水游记、寓言小品、文学传记等都具有开创性意义，在
写法上也独具特色。
9.《吕氏春秋》是吕不韦在秦国为相时召集门客集体撰写的。
10.“韩柳欧苏”为唐宋散文宗匠，其中苏轼后出，但成就更为突出。
二、选择题(每题2分，共30分)
1D 2B 3A 4C 5C 6B 7B 8B 9D 10B 11A 12B 13D 14B 15B
三(名词解释(每题3分，共15分)
1、唐宋八大家:是唐宋时期八大散文代表作家的合称,即唐代的韩愈、柳宗元和宋代的欧阳修、三苏、王安石、曾巩。
2、《战国策》:战国策是中国古代的一部史学名著。它是一部国别体史书。全书按东周、西周、秦国、齐国、楚国、赵国、魏国、韩国、燕国、宋国、卫国、中山国依次分国编写，共33卷，约12万字。《战国策》主要记述了战国时期的纵横家的政治主张和策略，展示了战国时代的历史特点和社会风貌，是研究战国历史的重要典籍。
3、老庄:庄子和老子合称老庄,同属道家学派。
4、正始散文:谈玄的论文大量出现，善谈名理成为一大内容。另一内容即是针对司马氏黑暗政治恐怖和虚伪提倡名教进行讽刺和抨击的文章，阮籍的《大人先生传》与嵇康的《与山巨源绝交书》就是其代表。两篇文章的艺术异同:前者直言指斥，言辞激烈而掷地有声，酣畅淋漓，辞采瑰奇，骈散相间，譬喻警拔，具有震撼人心;后者反言讥讽，嬉笑怒骂尽揶揄之能事。嵇、阮的散文，既继承建安散文重抒情重文采重个性的特点，又有鲜明独特的现实内容，是散文在重艺术特质方向上发展的重要一环。
5、古文运动:指发生在中唐贞元、元和时期和北宋时期，由韩愈、柳宗元和欧阳修领导的一次提倡散文、反对骈文的斗争运动，是一次文体、文风和文学语言的改革运动。
三、简答题 (每题5分，共15分)
1、 从散文发展和成型的视角谈谈《尚书》的几个特征。
第一，《尚书》与甲骨文、铜器铭文、卦爻辞比较，不再是语句或语段形式，而是成篇的文章。
18
第二，《尚书》标志着中国政论性散文文体的滥觞。
第三，《尚书》是记言的。
2、简述韩愈的古文理论。
文以载道;不平则鸣;气盛言宜;学古创新。
3、简述王安石记叙散文的主要特色。
第一， 记叙中多发议论，即使游记、抒情之作，也偏于议论，而且往往以议论见长;
第二， 记叙中的议论，也不同于前人和同辈作家，多即事言理，他往往以政治家的眼光，从事件中
抽译出更高一层的这里或发表其独特的见解。
四、论述题(每题12分，共24分)
1、论述柳宗元对散文发展的贡献。
?柳宗元同韩愈一起领导了中唐古文运动，提倡古文，打垮了骈文的统治地位，使散文走上了健康发展的道路;?柳宗元创作了大量的散文作品，各体散文都有很大的成就。柳宗元的传记文，大量为平凡百姓立传，突破了史传传统，具有重大意义;柳宗元大量创作寓言，第一次把寓言发展成为一种独立的、富有文学意味和斗争性的文体，使它彻底摆脱了对其他文体的依附地位;柳宗元山水游记的成就最大，代表了我国古代山水文学的最高成就。
2、《史记》作为形象的历史，人物的画廊，为后代散文家和散文创作所借鉴的方面表现在那些方面,
第一，《史记》写人物在选材和构思上能抓住主要事件，突出人物性格;
第二，《史记》刻画人物性格多用“互现法”;
第三，《史记》善于把人物放在矛盾冲突中刻画;
第四，《史记》写人，不但写大事，突出人物性格的基本特征，还常常写些小事，写些显示人物性格
的典型细节;
第五，《史记》人物写得形象生动，与语言运用的突出成就关系甚大。
一、填空题(每空1分，共16分)
1.司马迁称《左传》是左丘明所作，故《左传》又称 。
2.范仲淹的 是历来传诵的名篇。
3.秦朝有成就的散文家惟李斯一人，而且体现他的散文成就的是他的说理文
。
4.贾谊的 是西汉政论文的典范作品，也可以说是后世专题性政论的始祖。
5.《汉书》、《史记》、《后汉书》、《三国志》并称为 。
6.柳宗元山水游记的代表作是 。
7.欧阳修作为一代文化宗，诗、词创作和学术撰著都有杰出成就，而散文创作的成就尤其突出，
今存散文有五百余篇 、 、 、 、 、
以及 ，各体皆工。
19
8.鲁迅称晚唐 是“一塌糊涂的泥塘里的光彩和锋芒”。 9.辛弃疾的散文主要是奏议，尤其是 、 最有名。 10.顾炎武学问渊博，有 之誉，诗和散文均有成就。
二、选择题(每题2分，共30分)
1.战国中叶分别代表儒家、道家的学术性的散文名作是( ) A.《论语》和《老子》 B.《春秋》和《战国策》
C.《墨子》和《左传》 D.《孟子》和《庄子》
2. 笔记散文的兴盛在( )。
A.明清 B.南宋 C.先秦 D.隋唐
3.中国古代散文的振兴并再次形成高潮是在( )。
A.汉代 B.魏晋南北朝 C.隋唐 D.清朝
4.( )是我国的第一部纪传体通史，同时也是一部拔出流俗的散文名著。 A.《汉书》 B.《史记》 C.《论衡》 D.《文心雕龙》 5.唐代古文运动的先驱是( )
A.张说 B.陈子昂 C.梁肃 D.韩愈
6.( )既是一部规模宏大的编年体通史，史学价值很高，又是一部具有较大天文学价值的著作。
A.《文心雕龙》 B.《汉书》 C.《史记》 D.《资治通鉴》 7.苏洵的( )是为人传诵的言兵的名作。
A.《木假山记》 B.《六国论》 C.《上欧阳内翰第一书》 D.《名二子说》 8.《前赤壁赋》的作者是( )。
A.苏洵 B.苏轼 C.黄庭坚 D.陈师道
9.( )是古代散文集大成的时代，也是突破传统，面对世界，孕育新体散文，向现代散文过度
的变革时代。
A.先秦 B.明代 C.清代 D.唐代
10.《项脊轩志》的作者是( )。
A.王慎中 B.宋濂 C.归有光 D.王世贞
11(称得上是一篇“位卑未敢忘忧国”的典型之作的是( )。 A.胡铨的《戊午上高宗封事》 B.李纲的《上高宗十议札》 C.岳飞的《南京上高宗书》 D.陈东的《上高宗第一书》 12.被鲁迅先生称为“改造文章的祖师”的是( )
A.陆机 B.潘岳 C.曹操 D.陶渊明
13.下列不属于“桐城派”作家是( )。
A.方苞 B.姚鼐 C.刘大櫆 D.戴名世
14.中国散文史上第一个山水游记的开拓者和奠基者是( )。 A.韩愈 B.柳宗元 C.王维 D.刘禹锡
15.史传散文，是在 ( )流传之后产生并发展成型的。 A.《左传》 B.《春秋》 C.《战国策》 D.《论语》
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二(名词解释(每题3分，共15分)
1、 竹林七贤
2、 古文运动
3、 初唐四杰
4、骈文
5、《春秋》
三、简答题(每题5分，共15分) 1.简述《庄子》散文的成就。
2.简述建安时期散文的特点。
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3.简述《战国策》中的说辞的特点。
五、论述题(每题12分，共24分)
1、论述韩愈散文的成就
2、从散文的视角，简要评述《左传》的艺术特点
一、填空题(每空1分，共16分)
1、《左氏春秋》2、《岳阳楼记》3、《谏逐客书》4、《过秦论》5、《四史》6、《永州八记》 7、政论、史论、书序、记游、墓志、杂文小品
8、小品文9、《十论》、《九议》10、“清学开山”
二、选择题(每题2分，共30分)
1D 2B 3A 4B 5B 6D 7B 8B 9C 10C 11C 12C 13D 14B 15B
三(名词解释(每题3分，共15分)
1、竹林七贤:魏晋间以嵇康、阮籍、山涛、王戎、向秀、刘伶、阮咸为代表的风流名士,因不满暴政,乃逍遥山林,谈玄醉酒,长歌当哭,不与统治者合作,世称“竹林七贤”。
2、古文运动:指发生在中唐贞元、元和时期和北宋时期，由韩愈、柳宗元和欧阳修领导的一次提
22
倡散文、反对骈文的斗争运动，是一次文体、文风和文学语言的改革运动。
3、初唐四杰:指初唐时期出现的四位诗人王勃、杨炯、卢照邻、骆宾王。
4、 骈文是一种具有均衡对称之美的文体。特征有四:对偶、用典、声律、辞藻。南朝骈文的成熟发展过程: 刘宋时期可视为其正式形成的时期，此时四特征已具，优秀作者为颜延之、鲍照等;齐梁以后，是骈文的成熟期;此时声律说已发明，骈文更是进入了讲究的阶段， 几乎所有文人都能写骈文。至徐陵、瘐信，达到高峰。此时属对更工，几乎全偶，体式精美，尤其瘐信入北后的《哀江南赋序》，体美情深。
5、《春秋》:指史官修的鲁国史，也是我国现存的最早的一部将历史道德化的编年体史书。 三、简答题
1.简述《庄子》散文的成就。
大量运用神话和童话式的寓言;第二，浪漫奇特的想象;第三，新鲜贴切的比喻。 2.简述建安时期散文的特点。
建安时期的散文，突破了传统礼教规范的束缚，扫荡了经学牵强附会烦琐求证的作风，形成了清峻通脱的文风。
3.简述《战国策》中的说辞的特点。
一是寓言说理;二是创造故事以阐发道理;三是揣摩心理活动，以情动人;四是长于铺陈，排比
声韵，语言气势宏阔。
四、论述题
论述韩愈散文的成就 1.
一、最突出的是气势凌厉;
二、韩愈散文的成就还在于创作的个性化和多样化;
三、韩愈散文的又一巨大成就是突破传统文体模式，敢于创新;
四、韩愈散文的巨大成就也体现在他融注古今，推陈出新，创造了极富个性的许多辞汇和新成语，大
大丰富了语言的表现力。
2.从散文的视角，简要评述《左传》的艺术特点。
第一，《左传》的第一个突出特色是善于叙事，即善于从复杂的历史事件中选取素材，精心剪裁和安排，真实生动地展示事件的发生、发展和结局，并具有情趣;
第二，《左传》的第二个特色就是善于写人。
23
范文二：日本燃料电池技术的发展
日本
燃料电池技术的发展
? 伊 凡
由于世界主要汽车厂家都竞相研制开 磷酸作电解质 ,因此也叫做磷酸型燃料电池。 子交换膜 ,因此又叫固体高分子型燃料电池。 发燃料电池汽车 , 燃料电池逐步为世人所 这种燃料电池的发电效率能够达到 40 %左 它能够在常温到 150 ?条件下运转 , 适合于建 了解 ,它是现有能源的新的利用形式 ,由于 右。目前 ,日本的这一技术已达到工业化水平 , 设小型化设备和电热并用系统 。由于有政府 不产生任何有害的废弃物而被视为新世纪 全国共设置了 160 台磷酸型燃料电池 ,其中半 的支持 , 日本燃气工业界各企业进行联合攻 的重要能源 。 数是实证性运转 ,正在运转之中的有 80 台 ,发 关 ,目前已经试制出 3 种家庭用燃料电池电热
燃料电池的原理与水被电解为氢和氧相 电容量为 1. 3 万 kW, 性能比较好的磷酸型燃 并用系统。新型燃料电池有如下几个特征:
) 反 , 燃料中的氢与空气中的氧进行电化学反应 料电池已经连续运转了 8000h 以上。 1可以用天然气制取氢 , 作为电化学反 而生成电能。燃料电池的基本结构是: 以空气 第二代燃料电池是溶融碳酸盐型燃料电 应的原料 ;
() ) 极为正极 ,以燃料极氢气极为负极 ,二者之间 池 ,电解质为碳酸盐。第三代燃料电池是固体 2发电能力为 1 kW, 可与现有的电力系 UA 设有电解质层 , 亦叫作催化剂层。其大致的工 氧化物型燃料电池 ,电解质是氧化锆。这两种 统连网 ,供家庭使用 ; OT)作原理为 : 在一定的温度下 , 氢被电解为电子 燃料电池都适合于建设集中型发电设备 , 而 3电化学反应产生的温水由储水槽储存 ,能 M A和带正电的氢离子 , 氢离子在电解质中移动 , 且所需要的运转温度都比较高 , 前者为 650 够向厨房、浴室和暖气系统供应 60 ?的温水; 与I N ) 氧发生反应 , 生成水 , 在两电极之间运动的 ?, 后者为 1000 ?, 发电效率高达 45 %, 4燃料电池的体积比前几代都小 , 接近 电子通过外部电路被取出来 ,就成为电流。 65 %。实用化规模需要达到 1,10 万 kW的水 商品形象 ;
NAN1. 燃料电池的优点 平 ,因此 ,能够建设大容量的发电设备 ETC E燃料电池具有许多其它电池不能比拟的 是这两种燃料电池的长处。目前 ,日本
优点 ,主要表现在以下几个方面 : 对溶融碳酸盐型燃料电池的研究已进 2 0 0 ) 1所用原料氢和氧资源丰富 , 氧气可由 入实证阶段 , 正在试制 1000 kW级的 011空气供应 , 制氢可以使用现有的许多燃料 , 如 设备。固体氧化物型燃料电池则处于 0天然气、甲烷、液化石油气、煤油、挥发油、煤炭 试验研究阶段 , 正在开发数千瓦级的
气化气等 ; 发电模块。
) 2排出物主要为水 , 没有其它有害物质 , 从 1999 年起 ,日本瓦斯协会接受
也没有振动与噪声 ,环境负荷比较小 ; 政府的委托 , 开始开发第四代燃料电
) 3在反应中生成的热 ,通过建设“电热并 池。它的电解质采用了固体高分子离
用系统”能够被百分之百地利用起来 , 因此能
源利用效率较高 ;
) 4规模可大可小 , 既能够代替大中型火
力发电站 ,又可以分散设置 ,向医院、饭店、学
校及办公室等单位供电。
2. 燃料电池的类型
根据用途 , 燃料电池大致可以分为集
中能源型 、热电并用型和汽车动力型三个
类型 。
3. 燃料电池的发展 日本对燃料电池
的研究开发始于 1982
年 , 东京电力公司在五并发电站建设了 4800
kW级实证性设备。它是第一代燃料电池 , 以
姓名 :王启明 性别 :男 年龄 : 25 岁新 视 野 爱好 :书法 、摄影 、修车 、写作 。 专长 :专修汽车电瓶 、发电机 、汽车电路 。 交友范围 :修车遍天下 ,同是求索人 。此处觅知音 ,枯木便逢春 。修车 、养车 、玩车 、赛车、 开车 、洗车 、买车 、卖车 、有车 、无车的人 。
地址 :山西省襄汾县邓庄镇邓庄南街 22 号 。 邮编 : 041503 电话 : 0357 —3699858 9
呼 在以节能 、环保和安全为中心的现代 : 左侧的中 它把用电设备分成两部分 汽车中 ,电气设备越来越多 ,电气负荷越来 小功率负载由 14V 电压供电 ; 右侧的大功 越大 ,这就要求汽车电气提供更高的电能 , (率负载 电控机械制动装置 、电控机械气门 之 传统的 14V 电压供电系统已经捉襟见肘 , 正时装置 、三元催化转换加热器 、电气悬架 ( ) 为此 , 一种新型的双电压 14/ 42V供电系
) 等由 42V 电压供电 。此双电压供电系统 统即将在汽车上应用 。有两个关键器件 , 一个是 DC/ DC 变换器 , 欲 在传统的 14V 电压供电系统中 , 因电 它能把交流发电机输出的 42V 高电压转 压太低 , 新的电气设备的应用受到很大的 换到 14V 的低电压 。另一个是装在发动机 限制 。因为若满足用电设备所需的更大功 和变速器之间的“起动 - 发电机”, 借助一 出 率 ,就需要增大电流 ,这不仅不利于整个电 个半导体整流 - 逆变功率变换器 , 它不仅 气系统的稳定 , 而且也使电线中耗电量增 充当交流发电机 , 发出 42V 的高电压 , 而 加 。解决此问题的唯一方法就是提高供电 的 且在发动机起动时还作为起动机使用 。由 系统的供电电压 , 使之满足电气设备的需 于它是直接起动发动机 , 不仅起动时间仅 要 。同时 ,在同等功率的情况下 ,提高额定 ? 半秒钟 ,而且也没有噪声 。 电压值 ,可以大大降低额定电流 ,这样不仅 郭 双 当然 ,双电压供电系统还存在着一定的 可以减小电气设备本身的体积 、质量和损 缺点 。两个蓄电池组不仅占用了很大的空 清 耗 , 也有利于控制装置的小型化和集成 间 ,也使汽车自重增加 。尽管如此 ,它还是将 化 。 洁 电 很快被应用 。据报道 ,2002 年宝马 7 系列轿 自 90 年代中期以来 , 世界各大汽车公 车将采用这种双电压供电系统 。 ? 司 , 如 : 通用 、 0 11宝马 、奥迪 、大 0压 0 众 、雷诺 、戴姆 0 2 勒 - 奔 驰 等 , E C一直对此问题 供 ETNAN进 行 深 入 研
究 。目前 , 汽 I NA车业界已就使 电 M 用 14/ 42V 双
电压供电系统 TO
UA 达成一致 。这 系
种双电压供电
系统的原理如
统
图 1 所示 。 图 1 双电压供电系统示意图
) 5以高效率、小型化和低成本为目标 , 设 紧研究开发这种 21 世纪的主要交通工具 , 目 态氢 , 福特公司在开发时使用改质器从汽油 计合理。各个组成部分实现了一体化 ,从每个 的是要减少汽车废气对空气的污染和地球 中制取氢的技术 , 日本厂家有的使用氢吸附 单元的排放废热中回收热能 ; “温室效应”的加剧。日本政府研究开发这一技 合金。
6) 采取直流电动机以减少辅助供电量 ; 术始于 1992 年 , 一般观点认为 , 这种“无公害 总之 , 为了达到减轻车辆自身的质量 , 增
)汽车”的实用化将是 加持续行驶能力的目的 20 年以后的事情。然而 , , 首先 , 燃料电池和供 7水泵等配套机械尽可能采用通用产品。
目前 , 这 3 种燃料电池电热并用系统都在 进行戴姆勒 —克莱斯勒公司去年宣称 , 它将从 氢装置必须实现小型化和轻量化 ; 其次 , 必须 试运转。日本瓦斯协会的计划是 , 2002 年 开始2004 年开始大批量生产这种车辆。这一消息 尽力降低燃料电池汽车的质量 ; 此外 , 还必须
的发布 , 起到了为燃料电池汽车的研究开发 建设供氢站一类的相应的社会基础设施 。 在家庭中实际进行试运转 , 2005 年起开始 普
及。按计划性能要达到以下目标火上加油的作用。丰田、本田、三菱等日本汽车 由于全球环境问题日趋严重 : 发电效率 为, 燃料电池和
(厂家也相继试制成功了汽车用的燃料电池。 30 %,35 % , 综合利用效率 包括热利用在 燃料电池汽车也许会以超出人们预料的速度 ) 内为 70 %,80 % ,每台成本为 50 万日元。 把目前 , 燃料电池汽车存在的主要问题之 发展和普及起来 。为了迎接这一天的到
燃料电池安装在汽车上 , 用它产生的 一是 , 如何进一步改进汽车上提供电化学反 来 ,日本政府不久前决定设立“燃料电池实 电力作为动力 ,取代汽油驱动汽车 ,这就是“燃 应所需要的氢的装置 。一般采取改质甲醇制 用化战略研究会”,制定关于燃料电池的统 料电池汽车”。目前世界各大汽车厂商都在加 取氢的方法 , 戴姆勒 —克莱斯勒公司使用液 一基准 ,并且争取把它作为国际标准 。 ? 新 视 野
10
范文三：燃料电池发展现状及前景
燃料电池发展现状及前景
燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极.和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。
1 燃料电池的特点
（1）能量转化效率高。效率高达50%一60%，通过对余热的二次利用，总效率可高达80%一85%。
（2）无污染，可实现零排放。工作过程的唯一产物是水。
（3）效率随输出变化的特性好。部分功率下运行效率可达60%，短时过载能力可达到200%的额定功率。
（4）运行噪声低，可靠性高。无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。
（5）构造简单，便于维护保养。模块化结构，组装和维护方便；没有运动部件，磨损之类故障少。
（6）燃料（氢气）来源广泛。制备方法多样，可通过石油、甲醇等重整制氢，也可通过电解水、生物制氢等方法获取氢气。
（7）燃料补充方便。可以采用甲醇等液体为燃料，利用现有的加油站系统，采用与汽车加油大体相同的燃料补充方式短时间内完成燃料的补充。
（8）环境适应性强。它的功率密度高、过载能力大、可不依赖空气，因此可两栖使用，适应多种环境及气候条件。
2 燃料电池发展现状
在日本，日本经济产业省前几年就对燃料电池汽车开发与推广制定了时间表，其战略目标是：到2010年，日本使用的燃料电池汽车达到5万辆；2020年达到500万辆；到2030年，要全面普及燃料电池汽车。近期，日本又计划在5年内斥资2090亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技。
范文四：燃料电池技术发展现状
燃料电池技术发展现状 侯 明,
衣宝廉
评 论
2008.10Vol.32No.10
第一作者简介:侯明 (1962— ) , 女, 辽宁省人, 博士, 中国科 学院大连化学物理研究所研究员 。 自 1999年以来从事质子交 换膜燃料电池研发工作 。 “ 十五 ” 期间, 参加了多项燃料电池相 关课题的研究, 包括:“ 863” 电动汽车重大专项燃料电池发动 机 、 质子交换膜燃料电池的模块化 、 车用质子交换膜燃料电池低 温及反应气中杂质影响研究 、 “ 973” 燃料电池组流体分配 、 反应 及电池组失效机理等 。 负责完成了适用多种背景的燃料电池堆 的研究 、 设计与开发, 申报发明专利 42项, 在专著与国内外期刊 上发表论文 60余篇, 作为主要起草人之一编制了多项国家燃料
电池标准 。 2003年获辽宁省科学技术研究成果奖 、 科技发明一 等奖, 2006年获机械工业科学技术二等奖 。
目前在国家 “ 863” 和自然基金的资助下, 正在进行车用燃 料电池动态工况下的耐久性 、 燃料电池环境中杂质的影响与解决对策 、 质子交换膜燃料电池双极板以及 RFC 等方面的研究 。 同作者:衣宝廉 (1938— ) , 男, 中国工程院院士, 现任国家 “ 863” 节能与新能源汽车重大项目总体专家组成员, 燃料电池责 任专家, 中国科学院大连化学物理研究所研究员 。
本文从车用质子交换膜燃料电池 、 航天飞行器用再生燃料电池 、 小型便携
式电源用直接甲醇燃料电池 、 中小型电站用固体氧化物燃料电池四方面, 综述了
国内外技术发展现状, 指出了寿命 、 成本是制约燃料电池商业化的瓶颈, 重点论
述了寿命方面的研究热点问题, 为燃料电池研发人员提供参考 。
燃料电池是一种把燃料中的化学能 通过电化学反应等温地转化为电能的发 电装置 [1], 它具有高能效 、 低排放等特点, 近年来得到了各国政府 、 各大公司以及 各研究机构的普遍重视,并在很多领域 展示了广阔的应用前景 。 上个世纪 60— 70年 代 期 间 , 美 国 “ Gemini ” 与 “ Apollo ” 宇宙飞船均采用了燃料电池 作为动力源, 证明了其高效与可行性; 以 氢为燃料 、 环境空气为氧化剂的质子交 换膜燃料电池 (PEMFC) 系统近十年来在 车上成功地进行了示范,被认为是后石 油时代人类解决交通运输用动力源的可 选途径之一;再生质子交换膜燃料电池 (RFC) 具有高的比能量, 近年来也得到航 空航天领域的广泛关注;直接甲醇燃料 电池 (DMFC) 在电子器件电源如笔记本 电脑 、 手机方面等得到了演示, 已经进入 到了商业化的前夜;以固体氧化物燃料 电池 (SOFC) 为代表的高温燃料电池技术 也取得了很大的进展,热电联供与联合 循环发电技术使发电效率得到进一步提 高,多元化发电原料为能源经济的可持
续发展提供了可能 。 但是, 燃料电池技术
还处于不断发展进程中,燃料电池的可
靠性与寿命 、 成本与氢源是未来燃料电
池商业化面临的主要技术挑战,这些也
是燃料电池领域研究的焦点问题 。 本文
以燃料电池应用为背景,综述燃料电池
技术发展现状与研究热点,重点论述国
内燃料电池技术状态 。
1车用质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池是燃料电池电
动汽车的首选技术, 它具有比功率高 、 启
动快等特点,自上个世纪 90年代以来,
燃料电池电动汽车研发在国际范围内蓬
勃兴起 。 目前, 国际上车用燃料电池技术
具 有 领 先 水 平 的 加 拿 大 Ballard 公 司
(2007年 10月该公司车用燃料电池部分
已经归并到 Daimler AG 公司,成立了
Automotive Fuel Cell Cooperation) 开发的
燃料电池与德国 DaimlerChrysler 公司的
先 进 汽 车 技 术 集 成 , 成 功 地 进 行 了
F-CELL 轿车与 Citaro 客车的示范运行, 在 CUTE (Clean Urban Transporttation for Europe ) 项目的支持下, 完成了 27辆燃 料电池电动汽车在欧洲 9个城市 2年多 的示范 [2], 累计运行 62000h , 行驶 85万 公里, 承载了约 400万乘客 。 同期, 在北 京也完成了 3辆车为期一年的运行 。 此 外,日本的 Honda 公司 、 Toyota 公司, 美 国的 GM 公司 、 Ford 公司也都纷纷地推 出 了 自 己 的 品 牌 如 FCX 、 FCHV 、 Hydrogen 等系列的燃料电池汽车,并进 行了不同程度的示范 。 我国燃料电池汽 车在国家科技部 、 中国科学院以及各级 地方政府的支持下,燃料电池技术发展 经历了 “ 九五 ” 的基础 、 “ 十五 ” 的成长 、 “ 十一五 ” 的提高过程, 基本与国际处于 同步发展阶段 。 尤其 “ 十五 ” 期间, 在国 家科技部重大专项 “ 电动汽车 ” 和中科 院知识创新工程重大项目 “ 大功率质子 交换膜燃料电池技术与氢源 ” 的支持 下, 车用燃料电池技术有了长足的进展, 在电催化剂 、 复合膜等关键材料方面, 在 双极板 、 MEA(CCM) 、 燃料电池模块 (其 性能参数见表 1) 、 增湿器等关键部件方 面以及系统集成方面,拥有了自主知识 产权的技术体系,核心部件性能已接近 国际先进水平,成功地开发出了车用燃
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料电池系统,研发出了燃料电池轿车以 及燃料电池客车 (图 1) , 并表现出了良好 的燃料经济性,涌现出了如中科院大连 化学物理研究所 、 上海神力科技公司 、 新 源动力 、 清华大学 、 同济大学 、 武汉理工 大学等从事车用燃料电池研发的科研院 所和高科技企业, 培育了一批专业人才 。 “ 十一五 ”
期间, 科技部又启动了 “ 863” “ 节能与新能源汽车重大项目 ” , 并在先 进能源领域 、 新材料领域对车用燃料电 池关键材料 、 系统与部件的关键技术给 予了资助,重点瞄准车用燃料电池的寿 命与成本等关键问题, 结合 2008年奥运 会与 2010年上海世博会燃料电池电动 汽车示范运行的契机,进一步使车用燃 料电池技术全面提升,加快燃料电池实 现商业化的步伐 。
目前,影响燃料电池汽车商业化的 主要技术难点来自于燃料电池的寿命与
成本,各个国家都设定了预期寿命与成 本目标 (见表 2) [3-6]。
车用燃料电池耐久性 欠佳的主要原因是车载工况对燃料电池 的影响, 如频繁起停 、 快速变载等非稳态 操作以及低温 、
杂质环境影响等, 都会导 致燃料电池加速衰减, 引起寿命缩短 。 其 中以单一燃料电池为动力的纯燃料电池 电动汽车对车载工况表现得更为敏感, 日前 Ford 、
Chrysler 公司先后推出了燃料 电池 Plug-in 混合动力电动汽车 (Plug-in Hybrid Electric Vehicle ,
PHEV) ,这种操 作模式可以使燃料电池在相对稳定的工 况下运行, 避免了动态载荷的冲击, 预计 寿命可以有一定的增加 。 但是, 燃料电池 在起停过程中引起的衰减仍然是不可避
免的,燃料电池在低温与杂质环境下的 适用性还存在问题 。
在降低成本方面,目前正在研制廉 价的替代材料 、 低贵金属担量与非 Pt 催 化剂 、 增强自增湿膜 、 烃类膜 、 可冲压成 型的金属薄双极板等,以期进一步实现 燃料电池的成本控制 。 此外, 未来批量化 生产技术将会有效地降低成本 。 1.1车用燃料电池动态工况的影
响与对策
研究发现车用燃料电池工况运行条 件会显著影响燃料电池寿命,目前已经 认识到部分衰减原因,如起停及循环工 况下 Pt 纳米颗粒的溶解与聚集 [7-8], 温湿 度波动导致的多孔材料层憎水性 、 孔结 构 、 界面特性的变化 [9-10], 高电位及燃料 饥饿状态下导致的炭载体氧化 [11-12], 反应 中间产物及局部应力引起的膜加速损伤 等 [13-14]。 通过加速试验, 人们还在对衰减 行为与机理进一步研究; 同时, 针对目前 认知的衰减机理, 提出了从材料 、 部件 、 控制策略等方面的解决对策 。 材料方面, 研究耐腐蚀抗氧化的载体 [15-16]、 高强度的
复合质子交换膜 [17-18]、 合金催化剂 [19-20]等 提高车辆运行下燃料电池的抗衰减性;
部件方面, 优化 MEA 制备方法提高界面 的稳定性 、 改进 MEA 结构避免局部应 力 、 合理设计电堆结构与制造精度 、 提高 电堆的一致性 、 改进系统部件提高运行可 靠性;控制策略方面,制定有效的启动 -停车策略避免氢氧界面形成的高电位, 在研究动态加载对燃料电池温度
[21]
、 氧
浓度 [22]、
水分布 [23]、 电压分布 [24]动态响应 的影响基础上, 调变加载策略 、 减少动态 加载过程中引起反应剂饥饿以及温湿度 响应滞后问题, 减轻动态载荷的影响 。
1.2反应气杂质影响与对策
燃料电池反应气中杂质对车用燃料 电池的影响, 目前也得到了极大的关注 。 由于车用燃料电池直接采用空气中的氧 做氧化剂, 伴随着空气, 空气中的杂质如 NO x 、 SO x 、 粉尘 、 烟气等也会同时进入燃 料电池中 。 通过示范运行发现, 在空气污 染严重的城市,燃料电池性能衰减与排 放物浓度存在着一定的关联 。 此外, 由于 采用不同的制氢技术和制氢原料,氢气 中也往往含有一定量的杂质气体,其中 CO 、 NH 3、 H 2S 对质子交换膜燃料电池影 响比较显著 。 在制氢过程中杂质的控制 程度与制氢成本是相关联的,高纯度的 氢源需要较复杂的净化技术 。 因此, 提高 燃料电池杂质的耐受性可以在一定程度 上降低制氢成本,以提高整个发电系统 的经济性 。
关于反应气中杂质问题的研究, 目前 主要从以下几个方面进行:(1) 杂质对燃 料电池性能影响行为的研究 。
针对氢中的 CO 杂质, 已经进行了大量的工作, 并通 过抗 CO 催化剂 [25-26]、 阴极注氧 [27]、 复合电 极 [28-29]等手段提高 CO 杂质的耐受性, 使 对 CO 杂质的研究趋于成熟 。 其他杂质对 燃料电池的影响近些年来得到了极大关 注 , 通过研究发现硫化物 H 2S [30-31]、 NH 3[32-33]对燃料电池有较强的中毒行为,且表现 为一定的不可恢复性; 对空气中的 SO x 、 NO x 以及杂质混合气的影响也进行了研 究 [34-35],
其中空气中痕量的 SO 2也会对燃 料电池性能产生显著的影响 。 (2) 杂质影 响机理的研究 。 杂质影响可能表现为三 种方式:第一, 杂质引起催化剂中毒导致 界面过电位增加,如 CO 、 H 2S 、 SO 2等在 Pt 表面吸附占据 Pt 催化剂的活性位, 造 成电池性能严重下降; 第二, 阳离子引起
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的质子传导率下降, 如 NH 3与 H +的中和 反应造成催化层中 Nafion 聚合物的铵化 而导致催化层离子电导的降低; 第三, 传 质过程变化,如颗粒物引起的扩散层孔 隙率变化 、 NH 3引起的表面特性变化等 。 通过 CV 、 EIS 、 电压阶跃法等各种表征手 段, 可以有效诊断中毒机理 [36]。 (3) 中毒恢 复方法的研究 。 由于杂质的中毒行为与 机理的不同,决定了有些杂质的影响不 能通过正常操作条件进行恢复,需要建 立中毒后燃料电池性能的恢复方法, 这 一点在实际运行中是很重要的,这方面 是值得探索的课题 。 (4) 耐受性解决方案 。 通过燃料电池材料 、 结构与系统的改变, 研究能够抵抗杂质影响的方法是最终的 解决方案 。 可以通过在燃料电池外部与 内部采取措施进行解决,外部措施主要 是强化外净化功能,如研究具有强化功 能的空气过滤器,同时要考虑流体的阻 力,避免由此产生的如寄生功耗等负面 影响 。 内部措施主要从耐杂质的催化剂 研究 、
电极结构改进等方面入手, 这方面 研究工作还有待于深入进行 。
1.3零度以下贮存与启动
燃料电池发电是水伴生的电化学反 应过程, 质子传导需要水, 电化学反应会 生成水 。 在零度以下, 反复的水 、 冰相变 引起的体积变化会对电池材料与结构产 生影响, 导致气体传递性质变化 、 动力学 性能下降 、
燃料电池系统的启动延迟等; 另外, 冰造成的反应气传递阻力增大 、 电 池组件机械应力的增加和形态改变 、 热 和电的界面性能变差等,都导致燃料电 池工作性能降低 。 因此, 冬季零度以下低 温贮存与启动问题是车用燃料电池应用 时面临的技术难题之一 。
目前,研究工作主要从以下几个方 面进行:(1) 低温贮存:研究低温对燃料电 池材料与部件的影响, 如冷冻 /解冻循环 过程中多孔层孔结构与孔分布的变化 、 MEA 界面的变化 、 催化层衍变行为以及 与水含量 、 自身结构的依赖关系等 [37-39]。 研究吹扫出电池内的残存水的方法, 减 小冰冻对燃料电池性能的影响
[40-41]
。 (2)
低温启动特性的研究:当燃料电池在零 度以下启动时,生成的热量不足以使电 池的温度上升达到零度以上,氧还原生 成的水就会结冰, 最终会导致启动失败,
并且对电池材料和性能造成影响 。 美国 宾西法尼亚大学 Wang 等 [42-43]研究了零 度以下启动时膜电极中的水热传递和水 结冰导致启动失败的过程以及与催化层 和膜的容水能力的关系,指出当反应的 三相界面被水结冰完全覆盖时,电化学 反应终止, 启动失败 。 (3) 低温启动方法的 研究:目前工程上提出了 3种典型的低 温启动方法, 即保温法 、 加热法与自启动 法 。 保温法是通过被动保温 (绝缘层 ) 与主 动保温 (蓄电池加热 ) 等措施防止结冰 。 加 热法是通过车载蓄电池 、 催化燃烧氢等 方法在启动时提供热量 [44-45]; 自启动法是 在停车后用抽真空 、 气体吹扫等手段, 减 小水结冰的损害以及启动时冰的影响, 采用一定的策略不依赖于外加能量启动 过程 [46], 这方面研究还在进行中 。 在启动 过程中以低的能量损耗获得快速启动效 果是追求的最终目标 。 目前, 大连化物所 已经掌握了 -10℃ 自启动技术 。 Honda 、 GM 等公司发布了可以在 -20℃ 保存与 启动燃料电池汽车,
Ballard 已经在公司 网站上公布 -35℃ 环境下 195s 内成功 启动燃料电池堆,但是具体的技术细节 并未公开 。
燃料电池耐久性是国际上关注的热 点问题,
Rod Borup 等人 [47]也用大量的篇 幅对耐久性问题作了比较详尽的分析, 感兴趣的读者可以参阅 。
2航天飞行器用再生燃料电池
再生燃料电池 (RFC) 用作临近空间 飞艇和空间站的主电源,引起了国际上 的关注, 目前正处于大力研发推进阶段 。 再生燃料电池由电解池和燃料电池组 成, 向日时太阳能发电并电解水, 生成氢 气与氧气贮存起来; 背日时, 燃料电池发 电, 生成水, 水可以循环使用, 并保持储 能基本恒定 。 RFC 具有高的比能量和比 功率,使用中无自放电且无放电深度及 电池容量的限制,产生的高压 H 2、 O 2不 仅可用于空间站及卫星的姿态控制, 还 可以用于宇航员的生命保障, 而且, 储能 物质又是极为安全廉价的纯水 。 因此, 美 国等发达国家非常重视 RFC 技术的研 究开发, 已经把 RFC 技术应用于航空航 天领域, 并将 RFC 技术视为今后 “ 空间 可再生能源技术 ” 的重要发展方向之 一 。 美国 Hamiton 公司研制的 25kW 和
35kW 质子交换膜燃料电池型 RFC 系 统已经在空间站和空间飞行器中得到应 用 。 德国 、 日本等国家在 RFC 领域也有 一定规模的研究 。 我国中科院大连化物 所在 “ 八五 ” 与 “ 九五 ” 期间, 在空间站 预研计划的资助下, 已开展了 RFC 动力 系统的研究工作,并成功研制了百瓦级 试验样机, 目前, 在 RFC 水电解技术方 面取得了重要突破 。
目前, 再生燃料电池存在的主要技术 问题包括:(1) 高活性氧电极催化剂的研 究, 金属催化剂表面和含氧物种的相互作 用是电极反应活性大小的决定因素 。 目前 水电解氧电极一般采用 Ir 、 Ru 或 IrO 2、 RuO 2等贵金属氧化物 (当作为双效电极 时需要与 Pt 组成的混合催化剂 ) [48-49], 由 于 Ru 和 Ir 的表面氧化物 RuO 2和 IrO 2与表面氧原子有适中的成键强度,对于 催化氧析出反应有最低的超电势,可以 降低电解电压, 提高电解效率 。 (2) 提高 MEA 界面结构稳定性,水电解的析氢 、 析氧过程容易导致 MEA 分层, 研究者采 用两种方法来解决这一问题,一种是采 用 Nafion 膜上喷涂过渡树脂,然后再制 备催化层, 提高催化层与膜的粘结性, 防 止由于催化层与膜的剥离导致的性能衰 减 [50]; 另一种方法是采用在再铸膜与催 化层共同结晶,解决了膜与电极之间的 分层问题 [51]; (3) 耐腐蚀扩散层材料的研 究:在 SPE 水电解中使用碳材料为扩散 层, 在析氧电位下, 析氧反应产生的活性 氧物种对碳材料的腐蚀非常严重, 导致电 极扩散层破坏, 无法满足电解池长时间充 放电循环工作的需要 。 宋世栋等 [52]开发了 新型耐腐蚀扩散层,采用 IrO 2/Ti 制备微 孔层代替传统的 XC72碳粉, 使稳定性得 到了大幅度提升 。
刘浩等 [53]采用复合电极 提高了电解池寿命 。
Ioroi 等 [54]采用化学性 质稳定的钛纤维板来制备气体扩散层, 可以提高耐腐蚀性,但由于钛金属在析 氧状态下会形成表面氧化膜,随着水电 解的进行钛扩散层表面的氧化膜会逐渐 增厚, 导致电导逐渐降低, 如果长时间工 作, 电解池的内阻会逐渐增大 。 另外, Ti 材料成本较高 。 耐腐蚀的扩散层还有待 于深入研究 。
与电解池相配套的 H 2-O 2燃料电池 技术相对比较成熟,但是在可靠性方面
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还需要进一步提高:需要改善燃料电池 纯氧介质下的阴极水管理,提高运行稳 定性;此外还需要简化系统,提高集成 度 。 一体化再生燃料电池 (URFC) 也是目 前研发的热点,双效氧电极是研究的关 键 [55], 它的研发成功可以进一步提高比 功率,但是目前还存在多次循环性能衰 减等问题, 需要更深入的研究工作 。
3小型便携式产品用直接甲醇 燃料电池
直接甲醇燃料电池 (DMFC) 与二次 电池比较起来, 理论比能量高, 用于小型 便携式产品可以明显地提高待机时间, 近年来受到了国内外的广泛关注 。 目前, 日本 、 韩国 、 德国等研制成功了用于笔记 本电脑 、 手机等用 DMFC 的演示样机; 此外, DMFC 在军事领域应用也比较广 泛, 如单兵作战电源等 。 我国 DMFC 研 究近年来取得了很大进展,电池的性能 指标已经进入国际先进行列,开发了笔 记本电脑电源 、 便携式电源等样机 (如图 2、 3) 。 通过研究人员的努力, 目前通过关 键材料 、 关键部件的研究 [56]改善了阳极 反应动力学过程, 降低了甲醇渗透, 提高 了电池比功率,完善了系统集成技术 。 DMFC 已经进入到商业化的前夜,但目 前还存在着一些技术难题需要解决:(1) 阴极水管理问题:有效水管理是保证 DMFC 便携式电源稳定工作的重要因 素 。
DMFC 采用甲醇水溶液作燃料, 由阳 极至阴极水的电迁移与浓差扩散导致阴 极侧的水量远大于电化学反应生成水,
DMFC 运行时易产生 “ 水淹 (flooding) ” , 从而引起 DMFC 不能长时间稳定运行 。 一般便携式电源常常是以自呼吸方式操 作,阴极水管理更是焦点问题 。 采用 MEA 具有梯度的孔分布 [57], 可以在一定 程度上改善水管理 。 此外, 操作中采用变 载策略,可以缓解由于恒定载荷操作时 由于水的累积引起的传质阻力 。 (2) 纯甲 醇进料问题:为了提高 DMFC 的比能 量,采用高浓度甲醇燃料进料是有效手 段之一 [58]。 通过阴极生成水回馈到阳极 是目前解决纯甲醇进料的主要思路, 通 常利用微型泵外强制水循环是一个解决 方案, 但是其缺点是系统比较复杂; 另外 一种解决方案是通过 MEA 内部结构设 计, 使阴极水返到阳极侧 [59-61]。 (3) 污染物 的消除:
DMFC 可能的污染物来源于反 应物 、 产物 (包括部分中间产物 ) , 随着阳 极产物 CO 2的排放可能挟带部分甲醇, 这是污染的主要来源; 此外, 由于渗透到 阴极的甲醇不能完全氧化为 CO 2和水, 随阴极未反应的空气可能排出超过环保 标准的微量甲醇与甲醛 。 如何消除这些 污染物并使排出气达到环保要求也是值 得关注的课题,目前这方面的研究报道 较少 。 解决这些问题再结合系统集成技 术,
DMFC 有可能较早实现商业化 。 4中小型电站用固体氧化物
燃料电池(SOFC)
固体氧化物燃料电池主要用于中小 型分散电站,它可适用于除了氢以外的 多种燃料, 如:天然气 、 煤气 、 生物质燃料 气等, 并可以与燃气轮机联合循环发电, 能进一步提高能量转化效率,在未来商 业化方面具有广阔的发展前景 [62]。 常用的 SOFC 结 构 类 型 有 管 型 和 平 板 型 两 种 [63-64]。 平板型 SOFC 的优点是膜电极制 备工艺简单 、 成本低,由于电流收集均 匀, 流经路径短, 所以平板型电池的输出 比功率较高 [65]。 其主要缺点是密封困难 、 抗热循环性能差以及组装成大功率电池 组较难等 [66]。 但是, 当 SOFC 的操作温度 降低到 600~800℃ 后, 可以在很大程度 上扩展电池材料的选择范围,提高电池 运行的稳定性和可靠性,降低电池系统 的制造和运行成本 。 所以, 近年来研究与 开发的中温 SOFC 大都采 用 平 板 型 结 构 。
管型 SOFC 可以分为阳极支撑型和 阴极支撑型
[1]
。 以阳极作支撑的管型
SOFC 一般适用于小功率电源 。 阳极支撑 管型固体氧化物燃料电池通过使用廉价 的湿化学法替代昂贵的电化学或化学气 相沉积 (EVD 、 CVD) 制备阳极支撑的薄 膜电解质, 不仅降低了制作成本, 缩短了 制备周期, 提高了制备效率, 更可以实现 电池在 600~800℃ 中温下工作 。 目前最 具有实力的公司是美国的 Acumentrics Corp. ,已开发出民用 5kW 和 10kW 发 电系统及 2kW 不间断电源等产品 。 中科 院大连化物所在解决了膜电极等关键材 料的基础上
[67]
, 2005年底成功组装了
500W 管型中温固体氧化物燃料电池堆 (图 4) 。 阳极支撑的 SOFC 可作为移动动 力源, 但存在频繁起动响应慢的问题, 且 寿命还需要进一步提升 。
阴极支撑结构具有高机械强度 、 高 抗热冲击性能 、 简化的密封技术 、 高模块 化集成性能等, 适合于建设大容量电站, 其最有实力的开发商是美国西门子西屋 动力公司,它的制备和组装技术非常成 熟,已经成功地推出了几个 100~200kW 演示样机 [68](图 5) ; 阴极支撑的 SOFC 不足之处在于电极内电流流经路径长, 导致电池工作电流密度低;二是单管电 解质膜制备采用 EVD 方法, 原料利用率 低, 生产费用高 。 虽然目前的技术已从制 备电解质膜 、
连接体
、
阳极所用的三步 EVD 技术减少至制备电解质膜一步, 但 由于仍然存在制备成本高 、 制作周期长 、
生产效率低等不足,所以正在研究采用 等离子喷涂取代 EVD 技术制备电解质 膜 。
5结束语
经过全球的努力,燃料电池技术取 得了很大的进展, 尤其是近十几年, 在能 源环境 、 能源效率 、 能源安全等世界关注 的焦点问题引导下,燃料电池技术作为 氢能的理想转化装置在各个领域已经展 示了广阔的应用前景 。 通过产品的示范, 使燃料电池技术研究成果得到了进一步 的印证与体现,同时也发现了很多需要 改进与完善之处, 尤其在燃料电池寿命 、 成本以及作为成熟产品要求的可靠性方 面还有很多的研究工作要做 。 在通向商 业化的进程中还将面临着许多挑战, 各 国政府都制定了应对这些挑战的近 、 中 、 远期发展路线图,各大企业集团也都斥 资进行技术储备,研究人员也在不断地 做出努力,共同推进燃料电池商业化进 程 。
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2008.10Vol.32No.10
654
评 论
范文五：燃料电池发电现状与发展
燃料电池发电现状与发展
燃料电池将成为21世纪地球上最主要的能源形式。本文介绍了燃料电池概念、分类及其特性，
通过与以往发电技术的对比，得出燃料电池发电技术的优势。并介绍了国内外燃料电池的研究与开
发状况。最后阐述了燃料电池的发展前景以及在我国发展燃料电池发电技术的必要性。
燃料电池 发电 现状 前景
[1]1 燃料电池概况
自从威廉?格鲁夫（W.Grove）于1839年发明了燃料电池以来，它的开发使用至今已逾150年了。燃料电池的首次实质性的应用始于20世纪60年代美国太空总署（NASA）的阿波罗太空飞行计划。当时美国通用电气公司为阿波罗太空飞船设计了称之为Gemini的燃料电池动力系统，它采用
海绵状的薄膜聚合物作为电池的电解液。这种燃料电池具有非常理想的比功率，但价格十分昂贵。
燃料电池是一种利用燃料和氧化剂产生电能的系统。燃料可以是氢气、碳氢化合物、天然气、
甲醇甚至汽油等，在催化剂的作用下，燃料慢慢地与空气或氧气之类的氧化剂相结合，可以不断地
产生电流。尽管燃料电池在燃烧时有热损失，但在室温下它的转化效率仍能达到84%。 燃料电池主要由阳极、阴极和电解液构成，如图1所示。阳极，即燃料电极，为燃料和电解液提供
一个结合面，用以催化氧化反应以及驱动
电子到达外部电路；阴极，即氧气电极，
为氧气和电解液提供一个结合面，用以催
化还原反应以及接收来自外部电路的电
子；电解液用于转移在燃料和氧气电极反
应中产生的各种离子，催化剂的材料可以
是金属铂、银或镍等。到目前为止，使用
最广的是氢-空气或氢-氧气型燃料电池。
氢气是一种理想的无污染燃料，在所有燃
料中，它具有最高的能量密度，燃烧后的 [1]副产品为纯净水。 图1 燃料电池基本原理
[2]表1 几种主要类型燃料电池的类型和特性
类型 AFC PAFC SOFC MCFC PEMFC
燃料 纯H H和CO H和CO H和CO H 222222电解质 NaOH/KOH HPO ZrO/YO KliCO 离子膜 342233
-+2-+2-导电离子 OH H O CO H 3
氧化剂 纯氧 空气 空气 空气 空气 阳极材料 多孔石墨板 多孔石墨板 Ni-ZrO 多孔镍板 多孔石墨板 3
阴极材料 金属或石墨 多孔石墨板 LaCoO NiO(1-2atmLi) 多孔石墨板 3
构型 单极或双极 双极 双极 单极或双极 单极或双极
外壳 聚合物 石墨材料 ɑ-AlO 镍聚合物 石墨材料 23
工作温度/? ?100 ?200 800～1000 600～700 ?100 发电效率 40%~45% 40%~45% 50%~60% 45%~60% 40%~45%
高度发展、高高度发展、成本高，电池结构选择，开正在进行现场实高度发展，需降低成技术状态 效 余热利用率低 发廉价技术 验，需延长寿命 本
航天、特殊地特殊需求、区域供区域供电、联合发区域供电 电汽车、潜艇AIP推可应用领域 面应用厂 电 电 动，可移动动力源
1
[2、3、4]2 燃料电池的分类及其主要特性
按燃料的类型可分为直接型、间接型、再生型三类，其中直接型和再生型燃料电池类似于一般
的一次电池和二次电池，直接型燃料电池根据工作温度可分为低温型（200 ?）、中温型（200～750 ?）和高温型（750 ?）三种。按照所用电解质的不同，可将燃料电池分为五大类： 1） 碱质型燃料电池 (AFC)；
2） 固体聚合物燃料电池 (SPFC)或称质子交换膜燃料电池 (PEMFC)； 3） 磷酸型燃料电池 (PAFC)；
4） 熔融碳酸盐型燃料电池 (MCFC)；
5） 固体氧化物燃料电池 (SOFC)。
表1列出了几种主要类型燃料电池的特性。
[2、5、6]3 燃料电池的特点和优势
3.1 能量转化效率高
与一般热力发电相比， 燃料电池发电具有较高的理论转化效率。无论是热机还是它的组，其效
率都受到卡诺热机效率的限制。目前，汽轮机或柴油机的效率最大值仅为40%~50%，当用热机带动时，其效率仅为35%~40%；而在燃料电池中，燃料不是被燃烧变为热能，而是直接发电，理论上能
量转化效率在90%以上，甚至超过100%。在实际应用时，考虑到综合利用能量，其总效率可望在80%以上。另外，其他的物理电池，如温差电池的效率仅为10%，太阳能的效率为20%，就无法与燃料电池相比较了.
3.2 比能量或比功率高
同样重的各种发电装置，燃料电池的发电功率大。这是因为，对于封闭体系的铅酸蓄电池或锌
银电池与外界没有物质的交换，比能量不会随时间变化，但是燃料电池由于不断补充燃料，随着时
间延长，其输出能量也越多，这样就可以节省材料，使装置轻，结构紧凑，占用空间小。
3.3 污染小、噪音低、振动小
燃料电池作为大、中型发电装置使用时，它与火力发电相比，突出的优点是可以减少大气污染，
见表2。
-1表2 燃料电池与火力发电的大气污染情况比较 μg?（kW?h）
污染成分 天然气火力发电 重油火力发电 煤火力发电 燃料电池（试验型）
SO 2.5~230 4 550 8 200 0~0.12 2
NO 1 800 3 200 3 200 63~107 x
烃类 20~1 270 135~5 000 30~100 000 14~102
尘末 0~90 45~320 365~680 0~0.014
此外，燃料电池自身不需要冷却水，减少了火力发电热排水的污染。对于氢氧燃料电池而言，
发电后产物只有水，所以在载人宇宙飞船等航天器中兼做宇航员的饮用水。火力发电则要排放大量
残渣，并且热机活塞引擎的机械传动部分所形成的噪音污染也十分严重。比较起来，燃料电池的操
作环境要清洁、安静得多。
3.4 可靠性高
燃料电池的发电装置是由单个电池堆叠成电池组构成的，单个电池串联的电池组并联后再确定
整个发电装置的规模。由于这些电池组合是模块结构，因而维修十分方便。燃料电池的可靠性还在
于：即使处于额定功率以上过载运行时，它都能承受而效率变化不大；当负载有变化时，它的响应
速度也快。这种优良的性能使燃料电池在电高峰期可作为储能电池使用，保证火力发电发电站或核
电站在额定功率下稳定运转，电力系统的总效率得以提高。
3.5 适用能力强
燃料电池可以使用多种多样的初级燃料，包括火力发电厂不宜使用的低质燃料。既可用于固定
2
地点的发电站，亦可用作汽车、潜艇等交通工具的动力源。负荷应答速度快，启动或关闭时间短。
设备占地面积小，建设工期短。燃料电池发电设备的构件小，可以全部积木化，制造和组装都可以
在工厂进行，建设工期远远短于传统发电设备。机器的配置亦可自由设计，使装置更加紧凑，大大
减少占地面积，增设工程相当方便。
正由于燃料电池具有上述优点，故被公认为继火力发电、水力发电和核能发电技术之后的第四
代化学能发电技术。燃料电池的最大缺点是辅助控制系统比较复杂，一般都要用昂贵的催化剂。
[2、6、7]4 燃料电池的研究与开发状况
燃料电池的研究与开发是20世纪80-90年代国际上在能源领域开展的热门课题，美国和日本处
于世界领先地位，特别是日本在应用上投入巨资来开发燃料电池的组套及整个系统设备，一直处于
世界领先地位。欧洲各国也在积极从事这方面的研究和开发工作。虽然不同国家各有特色，但总体
水平与日美差距较大。个别发展中国家的燃料电池研究与开发也已经起步，并有其独到之处。
4.1 碱性氢氧燃料电池(AFC）
AFC为最早开发研制的燃料电池，技术高度发达，并已在航天飞行中获得成功应用。美国已成
功地将Bacon型AFC用于Apollo登月飞行；石棉模型AFC用于航天飞机，作为机上主电源。德国
Siemens公司开发了100 kW AFC并在u艇上实验，将其作为不依赖空气（AIP）动力源并获成功。1
中科院长春应化所在20世纪60年代末就进行了AFC的研究，70年代国内曾出现过研制高潮。中
科院大连物化所研制成功2种石棉膜型、静态排水的AFC。天津电源所进行了Bacon型和石棉膜型动态排水AFC研究，成功的研制了动态排水石棉膜型系统。武汉大学在20世纪70年代试制了以NH分解气为燃料的300 W AFC电池系统，并进行了试验。厦门大学进行了多孔气体扩散电极模型3
研究。由于AFC需价格昂贵的纯氢和铂催化剂，故在将它成功地应用于航空和行会后，未能在地面
上应用。随着材料科学的进步，现在可以用涂以少量贵金属的碳电极代替早期的铂电极，大大降低
[10]了材料成本。
4.2 磷酸盐型燃料电池(PAFC）
PAFC由于磷酸易得，反应温和，成为发展最快、研究最为成熟的一种燃料电池，被称为第一代
FC。PAFC是一种高度发展的民用技术，主要用途有：利用排热进行工业废热发电；作分散型电源
使用；热电共用等。PAFC产生的直流电经直交变换以交流形式供给用户。50~200 kW可供现场使用，
[ 11]1000 kW以上可作为区域性电站应用。日本东京4500 kW PAFC电厂的成功运行，不但推动了民
用FC的发展，而且也加速了的实用化。但由于PAFC热电效率仅有40%左右，余热温度仅200 ?，
利用价值低；又因它启动时间长，不适于作移动电源。近年来在国际上研究有所减少，寄希望于批
量生产降低成本。
4.3 熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC）
MCFC的开发技术虽然没有PAFC那样成熟，但由于它使用煤气作燃料，排热量易于利用，是
唯一既可作为大规模发电替代火力发电，又可利用其废热发电及供分散的电力事业使用；加之它具
有高的工作温度，使得燃气在电池内部的改型处理也就成为可能，因而在建设大型电站中比PAFC
具有更显著的经济优势，成为美、日近几年来开发研究燃料电池的重点。美国从事MCFC研究的有
国际燃料电池公司（IFC）、煤气技术研究所（IGT）和能量研究公司（ERC）。ERC已具备年产2~5 MW
外公用管道型MCFC能力，并正在进行3个电极面积为0.65 m2（由244个单电池组成）的123 kW MCFC运行试验。由IGT创立的熔融碳酸盐动力公司已具备年产3 MW MCFC能力，正在进行电极
2面积为1.06 m的250 kW电厂试验。日本1994年分别由日立和石川岛播磨重工业完成2个100kW、
2电极面积为1 m加压外重整MCFC。有三菱电机与美国ERC合作研制的内重整30 kW MCFC已运行10 000 h。德国MTU 宣布在解决MCFC性能衰减和电解质迁移方面已取得突破性进展，该公司
开发的至今世界上较大的280 kW MCFC单组电池正在运行。在荷兰由ENC组织并负责实施的为期5年发展计划，拟建立2个250 kW外重整MCFC，分别以天然气和净化煤气为燃料。中科院大连物
化所从1993年开始进行MCFC研究；北京科技大学方百增等进行了Nb改型的Ni电极耐腐蚀性能
3
研究 。中科院长春硬化所、上海冶金所、沈阳金属所正在进行用晶间化合物做MCFC阳极、梯度材料做阴极和310、316不锈钢改质与表面改性方面的研究。
4.4 固体氧化物型燃料电池（SOFC）
SOFC是最理想的燃料电池，发电效率最高达50%以上，工作温度1 000 ?，废热利用率也高，属中型规模发电，其最大的优点在于电解质是固体，因而避免了PAFC、MCFC存在的电解质腐蚀性强、运转工作中电解质减少、输出功率降低的问题，结构也比较简单。近十年来，以民间为主的开
发成果显著，大有超过MCFC的趋势。美国Westinghouse电气公司从20世纪80年代开始研究管型SOFC，1992年2台25 kW管型SOFC分别在日本大阪、美国南加州进行了几千小时试验运行。德
国Siemens公司从1992年起，重点发展平板式SOFC，至今该公司的平板式SOFC功率已超过10 kW，居世界领先地位。大连物化所从1995年开始进行SOFC研究，组装的平板式SOFC单电池功率已达到0.10 W/cm2；上海硅酸盐所徐志弘等进行了La(Sr)-MnO的电导性能研究；中科院化工冶金所于3
1995年引进了俄罗斯20 ～30 W块状叠层式SOFC电池组，并建立了评价装置，进行了寿命试验；
清华大学、吉林大学、华南理工大学等均在进行管式和平板式SOFC研究。
[2]5 燃料电池的发展前景
AFC已在载人航天飞行中获得成功应用，并显示出巨大优越性，但我国研制的AFC与美国同类型AFC相比差距较大。为了适应我国航天事业的发展，应改进电催化剂与电极结构，提高电极活性；
改进石棉膜制备工艺，减轻石棉膜厚度，减少电池内阻，大幅度提高电池组比功率。
SOFC是一种全固态的能量转化装置，它不受热机效率的限制，能源转换效率高，且参与反应
的是氢和氧，生成物是水，完全没有污染；SOFC是一种高温燃料电池，不使用液体电解质，其固
体电解质的使用避免了材料的腐蚀，解决了电解质的控制问题，但它尚未商品化。未来的开发方向
一是把贮氢合金和燃料电池结合起来，开发汽车用燃料电池；二是主攻中温（800~850 ?）SOFC电池，以缓解SOFC对材料的要求，其途径之一是制备薄的（<35>
型中文固体电解质，加快平板型SOFC发展。
聚合物交换膜型燃料电池（PEMFC）的性能优于PAFC，它不仅是人造卫星上的可靠、高效、
低成本的动力源，还可以作为陆地上市区交通车辆和水下潜艇等的动力源，市场潜力特别大。尽管
PEMFC具有高效、环境友好等突出优点，但目前仅在特殊场所应用。若要作为商品进入市场，必须
大幅度降低成本，同时充分利用我国的资源优势，深入研究低Pt含量合金电催化剂，开发金属表面
改性与冲压技术，廉价质子交换膜和甲醇、汽油重整制氢技术。在21世纪，这种区域型、环境友好
的、高效的发电技术有可能发展成为一种主要的供电方式。
[8]6 我国发展燃料电池发电技术的必要性
6.1 是提高化石燃料发电效率的重要途径
目前，我国发电行业以化石燃料发电的综合能源利用效率仅为35%左右，这种效率的低下，也可认为是造成我国能源供应紧张的1个因素，节能势在必行。以高温燃料电池组成的联合循环发电
系统，可使发电效率达到60%～75%；煤气化燃料电池联合循环的发电效率可达到62%以上，以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85%以上。因此，发展燃料电池发电技术是解决我国
能源问题的1个重要途径。
6.2 是提高国家能源安全的战略需要
美、日之所以能在燃料电池技术方面处于世界领先地位，与国家从战略高度予以组织、资助和
推动密不可分。在目前复杂的国际环境下，我国的能源安全形势已非常严峻，而日趋严重的高技术
垄断，也使掌握清洁高效发电的高新技术具有更重要的战略意义，燃料电池发电技术，正是这种关
乎国家能源安全的新发电技术之一。
6.3 是我国电力工业高科技产业化的需要
美国、日本重视发展该技术的1个重要目的就是形成新的高技术产业，为其经济注入新的活力。
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我国如能采取引进、消化、吸收和再创新的技术路线，以高起点，在较短的时间内初步形成自主产
权的燃料电池发电关键技术，对国家电力行业进行的结构调整、技术创新、形成高新技术产业、实
现跨越式发展、提高国际竞争能力都具有非常重要的意义。
6.4 是我国电力行业发展的迫切要求
分散式电源作为大电网的有效补充已成为共识，而电源提供者的多元化更是一种趋势。我国电
网的容量大，但技术水平和可靠性还较低，抵御各种灾害的能力较差，因此，小型高效的燃料电池
分布式电源的商业化市场潜力巨大。若不及时进行研究开发，不久就可能被国外企业占领燃料电池
分散电源市场，使我国电力行业的发展受到牵制。
6.5 在我国有广阔的应用前景
随着我国“西气东送”战略的实施，全国天然气管网的不断完善，燃用天然气的燃料电池发电
将有很大的市场。我国丰富的煤层气资源也为燃料电池发电提供了巨大潜在能源。燃料电池与煤气
化联合循环 (ＩＧＣＣ)结合，可形成数百兆瓦级的大型中心发电站，并比ＩＧＣＣ效率更高，污染
更小。还可与水电、风电和太阳能发电等结合，在高出力时，利用电解水制氢，低出力时用燃料电
池发电，达到既储能，又高效发电的目的。采取气化或厌氧处理的方法将生物质变为燃料气，用于
燃料电池发电，可降低污染物排气量，这对一些经济欠发达但有丰富沼气资源的地区，将是其能源
供应的更有效的办法。
参考文献 [1] 程明 新能源与分布式电源系统 电力需求侧管理 2003.6 [2] 贺华，赵景联 燃料电池的开发现状及其发展前景 2001.3 [3] 桂敏言 国外燃料电池发电技术现状及前景 东北电力技术 2001.5 [4] 孟黎清 燃料电池的历史和现状 电力学报 2002.2
[5] 孔宪文 桂敏言 冯玉全 燃料电池发电技术现状与前景 东北电力技术 2002.3
[6] 冯玉全，杨颖 从国家安全及战略高度出发大力发展我国的燃料电池发电技术
[7] 吴忻 燃料电池及其发展概况 动力工程 2001.4 [8] 靳智平 燃料电池发电技术在我国电力系统的应用 电力学报 2004.1
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