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燃料電池技術論文范文第1篇

燃料電池是一種不經過燃燒而以電化學反應方式將燃料的化學能直接變為電能的發電裝置，可以用天然氣、石油液化氣、煤氣等作為燃料。也是煤炭潔凈轉化技術之一。按電解質種類可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）、再生氫氧燃料電池(RFC)、直接醇類燃料電池（DMFC），還有如新型儲能電池、固體聚合物型電池等。

氫和氧氣是燃料電池常用的燃料氣和氧化劑。此外，CO等一些氣體也可作為MCFC與SOFC的燃料。從長遠發展看，高溫型MCFC和SOFC系統是利用煤炭資源進行高效、清潔發電的有效途徑。我國豐富的煤炭資源是燃料電池所需燃料的巨大來源。

燃料電池具有高效率、無污染、建設周期短、易維護以及成本低的誘人特點，它不僅是汽車最有前途的替代清潔能源，還能廣泛用于航天飛機、潛艇、水下機器人、通訊系統、中小規模電站、家用電源，又非常適合提供移動、分散電源和接近終端用戶的電力供給，還能解決電網調峰問題。隨著燃料電池的商業化推廣，市場前景十分廣闊。人們預測，燃料電池將成為繼火電、水電、核電后的第四電方式[1]，它將引發21世紀新能源與環保的綠色革命。

1，中國燃料電池技術的進展

“燃料電池技術”是我國“九五”期間的重大發展項目，目標是，利用我國的資源優勢，從高起點做起，加強創新；在“九五”期間，使我國燃料電池的技術發展接近國際水平。內容包括“質子交換膜燃料電池技術”、“熔融碳酸鹽燃料電池技術”及“固體氧化物燃料電池技術”三大項目[2]，其中，用于電動汽車的“5kW質子交換膜燃料電池”列為開發的重點。此項任務由中國科學院及部門所屬若干研究所承擔。所定目標業已全部實現。

在質子交換膜燃料電池（PEMFC）方面，我國研究開發的這類電池已經達到可以裝車的技術水平，可以與世界發達國家競爭，而且在市場份額上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我國自把質子交換膜燃料電池列為"九五"科技攻關計劃的重點項目以后，以大連化學物理研究所為牽頭單位，在全國范圍內全面開展了質子交換膜燃料電池的電池材料與電池系統的研究，取得了很大進展，相繼組裝了多臺百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW電池組與電池系統。5kW電池組包括內增濕部分,其重量比功率為100W/kg，體積比功率為300W/L。質子交換膜燃料電池自行車已研制成功，現已開發出200瓦電動自行車用燃料電池系統。百瓦級移動動力源和5kW移動通訊機站動力源也已開發成功。千瓦級電池系統作為動力源，已成功地進行了應用試驗。由6臺5kW電池組構成的30kW電池系統已成功地用作中國首臺燃料電池輕型客車動力源。裝車電池最大輸出功率達46千瓦。目前該車最高時速達60.6km/h，為燃料電池電動汽車以及混合動力電動汽車的發展打下良好的基礎。該電池堆整體性能相當于奔馳、福特與加拿大巴拉德公司聯合開發的MK7質子交換膜燃料電池電動車的水平[3]。我國目前正在進行大功率質子交換膜燃料電池組的開發和燃料電池發動機系統集成的研究。

在熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）方面，我國已經研制出α和γ型偏鋁酸鋰粗、細粉料，制備出大面積（大于0.2m2）的電池隔膜，預測隔膜壽命超過3萬小時。在進行材料部件研究的基礎上，成功組裝和運行了千瓦級電池組。

在固體氧化物燃料電池（SOFC）技術方面，已經制備出厚度為5-10μm的負載型致密YSZ電解質薄膜，研制出一種能用作中溫SOFC連接體的Ni基不銹鋼材料。負載型YSZ薄膜基中溫SOFC單體電池的最大輸出功率密度達到0.4W/cm2,負載型LSGM薄膜基中溫SOFC單體電池的最大輸出功率密度達到0.8W/cm2。這些技術創新為研制千瓦級、十千瓦級中溫固體氧化物燃料電池發電技術的研發奠定了堅實基礎。

2，國外燃料電池技術發展迅猛

燃料電池是新世紀最有前途的清潔能源，是替代傳統能源的最佳選擇。因此，燃料電池技術的研究開發受到許多國家的政府和跨國大公司的極大重視。美國將燃料電池技術列為涉及國家安全的技術之一，《時代》周刊將燃料電池電動汽車列為21世紀10大高技術之首；日本政府認為燃料電池技術是21世紀能源環境領域的核心；加拿大計劃將燃料電池發展成國家的支柱產業。近十年來，國外政府和企業在燃料電池方面的投資額超過100億美元。為開發燃料電池，戴姆勒－克萊斯勒公司一家近年來每年就投入10億美元，豐田公司的年投資額超過50億日元[4]。

歐、美發達國家和日本等國政府和企業界都將大型燃料電池的開發作為重點研究項目，并且已取得了許多重要成果，PEMFC技術已發展到實用階段，使得燃料電池即將取代傳統發電機及內燃機而廣泛應用于發電及汽車上。2MW、4.5MW、11MW成套燃料電池發電設備已進入商業化生產，用于國防、航天、汽車、醫院、工廠、居民區等方面；各等級的燃料電池發電廠相繼在一些發達國家建成，其中，國際燃料電池產業巨頭加拿大巴拉德公司籌資3.2億美元，建成的燃料電池廠已于2001年2月正式投產。美國和歐洲將成批生產低成本的家用供電－供暖燃料電池作為最近的開發計劃。目前，在北美、日本和歐洲，燃料電池發電正快速進入工業化規模應用的階段。

目前，車用氫燃料電池已成為世界各大汽車公司技術開發的重中之重。迄今為止，世界6大汽車公司在開發氫燃料電池車上的開發費用已超過100億美元，并以每年10億美元的速度遞增[5]。1997年至2001年，各大公司研制出的車用燃料電池就達41種。

3，我國開發燃料電池技術相對乏力

我國研究燃料電池有過起落。在20世紀60年代曾開展過多種燃料電池的實驗室研究，70年入大量人力物力開展用于空間技術的燃料電池研究，其后研究工作長期停頓。最近幾年，我國才開始重新重視燃料電池技術的研究開發，并取得很大進展。特別在PEMFC方面，達到或接近了世界水平。但是，在總體上，我國燃料電池的研究開發剛剛起步，仍處于科研階段，與國外相比，我國的燃料電池研究水平還較低，我國對燃料電池的組織開發力度還遠遠不夠。作為世界上最大的煤炭生產國和消費國，開發以煤作為一次能源的高溫型MCFC和SOFC具有特別重要的意義。但是我國在MCFC、SOFC研究方面與國外的差距很大，要實現實用化、商業化應用還有很長的路要走。迄今為止，我國還沒有燃料電池發電站的應用實例。這和我國這樣一個大國的地位很不相稱。盡管國家也將燃料電池技術列為"九五"攻關項目，國家和企業投入的資金卻極為有限，年度經費僅為千萬元量級人民幣，與發達國家數億美元的投入相比顯得微不足道；承擔研究任務的也只是中科院等少數科研院所，且研究力量分散，缺少企業的介入，難以取得突破性進展，尤其是難以將取得的研究成果進行實際應用試驗，以形成產業化趨勢。從表1所列國外燃料電池的研究和開況看，歐、美國家和日本等大多是以公司企業為主在從事燃料電池的研究開發和制造生產，而且規模很大，例如，僅加拿大的Ballard一家公司的資產就達10億美元。

4，大力發展燃料電池技術勢在必行

從世界燃料電池迅猛發展的勢頭看，本世紀頭十年將是燃料電池發電技術商品化、產業化的重要階段，其技術實用性、生產成本等都將取得重大突破。預計燃料電池系統將在潔凈煤燃料電池電站、電動汽車、移動電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面有著廣泛的應用前景，潛在市場十分巨大。可以預料，分散電源供電系統——燃料電池發電廠必將在21世紀內取代以“大機組、大電網、高電壓”為主要特征的現代電力系統，成為電力行業的主力軍。而燃料電池的普遍推廣應用，必將在能源及相關領域引發一場深刻的革命，促進新興產業的形成，帶動國民經濟高速發展。能源領域的這場革命是我國政府、企業、科研院所、高等院校不得不正視的課題，我們對此必須有充分認識并給予足夠的重視。我們應該準確把握這場革命所帶給我們的機遇，毫不遲疑地投入足夠的人力、物力、財力，推動燃料電池發電技術的研究開發和應用工作，使之早日實用化產業化，為我國的國家能源安全和國民經濟可持續發展服務。

國家計委在1997年提出的中國潔凈煤技術到2010年的發展綱要中，已把燃料電池列為煤炭工業潔凈煤的14項技術重點發展目標之一[6]。在“十五”科技發展規劃中，燃料電池技術被列為重點實施的重大項目[7]。

燃料電池技術論文范文第2篇

關鍵詞：電力電子；能量管理系統；電能質量控制

中圖分類號：TU852文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2010) 14-0000-01

Power Electronics and New Energy Power Generation Technology

Yang Lin

(Institute of Electrical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou730030,China)

Abstract:This paper discusses several new forms of energy generation and integrated power supply system transformation,control,intelligence management and safety issues,and hope in the future development of new energy power,we can overcome difficulties and achieve electronic power of new development.

Keywords:Power electronics;Energy management system;Power quality control

我們已進入21世紀，這是一個全新的時代，經濟的高速發展給人們的生活帶來了很多的便利，但隨之而來的卻是能源的耗竭，原本豐富的能源如今已變得匱乏，并危及到人們未來的生產生活。與此同時，毫無顧忌的能源利用還造成了大氣的嚴重污染，從而又引發能源危及，這樣的惡性循環會直接危及到人類的發展，甚至威脅人類的健康和繁衍。因此，開拓新能源，減少能量源浪費成為當今世界最為關注的話題。

一、新能源的發電方式

（一）太陽能發電

太陽能發電開始于上世紀50年代，當時，第一塊實用的硅太陽電池研制成功，如今，太陽能發電技術已經經歷了半個世紀的發展，其技術也在日益成熟。目前，占主流的太陽電池仍然是硅太陽電池，主要分為單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池和非晶硅太陽電池。典型的太陽能供電系統結構如圖1所示，太陽電池陣列進行光電轉換，把太陽能變為電能，再由功率變換器將太陽電池輸入到直流電中，最后轉換成用戶所要使用的電源模式。根據用戶的需求，功率變換器可以選擇直流斬波器進行DC/DC變換，或采用逆變器進行DC/AC變換。而功率變換裝置還應包括蓄電池系統，主要是為了平衡電流。如果太陽光充足，可以利用太陽能，并利用蓄電池充電；如果在夜晚或者陽光不充足時，就可以使用蓄電池供電。

（二）風力發電

如今，風力的主要運用方式就是風力發電，它的發展速度最快，也最受全世界關注。風力發電主要有3種運轉方式：

1.獨立運行方式，利用一臺小型的風力發電機向需要的用戶提供電能，它還可以通過蓄電池充電，預防無風時影響發電效果；

2.風力發電與其他發電方式相結合的聯合供電方式，主要向交通不便或偏遠山區供電，以及地廣人稀的草原牧場提供電力；

3.并網型風力發電運行方式，將風力發電網安裝在條件較好的地區，常常是一處風場安裝幾十臺甚至幾百臺風力發電機，這也是風力發電的主要發展方向。風力發電機組在不同風速的條件下運行，其發電機輸出的電壓的幅值和頻率是變化的，所以，通常要配置電力電子功率變換器，通過這種裝置控制電流，保證輸出的電壓是平衡穩定的。

（三）燃料電池發電系統

燃料電池（Fuel Cell）是將反應物如氫氣等的化學能直接轉化為電能的電化學裝置。它通過燃料（通常是氫氣）和氧氣結合所發生的光電反應來發電。燃料電池發展了這么久，根據電介質的不同，主要分為5種燃料電池：堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）；質子交換膜燃料電池（Proton ExchangeMembrane Fuel Cell，PEMFC）；磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）；熔鹽燃料電池（Molten Car-bonate Fuel Cell，MCFC）；固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。

實際上，燃料電池也有其優點，例如：發電效率高：發熱少；噪音低，污染小；功率密度高。目前，燃料電池發電主要集中在以下幾個方面：燃料電池特性研究；燃料電池發電系統結構和高效功率變換的研究；能量管理技術；孤島檢測和保護技術，并網電流控制；并網運行與獨立運行之間的無縫切換控制技術。

燃料電池所輸出的電壓會隨著電壓的變化，發生較大范圍的變化。燃料電池的輸出電壓在負載發生突變時還要經過一段時間才能停止反應，對于質子交換模燃料電池響應延遲達2秒。因此，燃料電池一般與負荷動態的具體要求無法很好的匹配。

二、電力儲能技術

可再生能源發電裝置所產生的電能主要還存在無法預測的周期性變化，例如風能、光伏發電等，如果將其電能直接輸入普通電網，將會對電流帶來不良影響，而電力儲備裝置就可以平衡能源發電輸入與電網之間的矛盾。電力儲能技術有蓄水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電池儲能等它們都各具特點，各有優勢，但它們的正常運行主要是依靠電子電力技術。

蓄水儲能與壓縮空氣儲能主要是對電力高峰期進行調節，但是對地理條件的要求較高。電池儲能的精密性高，需要在技術成熟的條件下進行，理論上可以用于電力調峰，單電池使用壽命有效，這成為蓄電技術的難點。飛輪儲能的儲能量有限，運行復雜，一般用于電能質量調節。

三、電能質量控制

（一）電源諧波檢測和分析技術

諧波的測量和分析都是以思想諧波治理為前提條件的，精準的諧波測量和分析可以為諧波的治理提供準確的依據。自提出快速傅里葉變換算法（FFT）以來，基于傅里葉變換的諧波測量得到了普遍應用。然而基于傅里葉變換的諧波測量要求整周期同步采樣，不然就會嚴重影響其效果。因此，怎樣減少因同步偏差而引起的測量誤差成為電子電力技術人員迫切要解決的難題。

（二）電能質量控制和管理

首先，電能質量的控制和管理主要包含功率因數校正和濾波器設計，由于傳統的無源濾波器體積和重點都很大，還需要對不同的頻率進行設計，而功率因數較技術正是提高功率因數和降低諧波污染的重要途徑。如今，電能質量控制和管理的研究重點在與PFC控制技術上，比如：單開關、多開關以及軟開關三相PFC電路的研制，軟開關技術與PFC技術的融合已經成為未來的發展趨勢，雖然目前的PFC產品受到功率的限制，但應用于分布式新能源發電系統卻是重要機遇。

四、總結

綜上所述，隨著科技的發展，新能源的開拓和使用技術越來越成熟，但是，要真正做好新能源發電技術，還需要從解決先存的各種問題，因此，電子電力技術人員應在在電氣、電子、控制和信息等工程技術領域加強合作研究，通過系統集成和技術融合，實現各種技術的突破，我相信，我們一定可以克服各種困難，迎來新能源造福人類的燦爛明天。

參考文獻：

[1]Rechten H.可再生能源技術[A].中美清潔能源技術論壇論文集[C],2001

[2]湯天浩.新能源與變換:系統集成、技術融合及應用展望[J].電源技術學報,2004,2,1

[3]李俊峰,高虎,王仲穎.中國風電發展報告[M].北京:中國環境科學出版社,2008

[4]戴慧珠,陳默子,王偉勝.中國風電發展現狀及有關技術服務[J].中國電力,2005,38,1

燃料電池技術論文范文第3篇

本書共有46章：1.云層狀況對太陽輻射質量的比較研究；2.以滿足基本負荷為目標的可再生能源集成系統探索；3.可變混合物的有機朗肯循環性能研究4.以雙地熱為基礎的集成制氫系統測評；5.基于兩種可再生能源的多能源系統遺傳算法優化；6.綜合能源系統的性能評估；7.兩段式熱泵干燥系統的性能評估；8.基于核能的混合硫循環和使用HEEP方法的高溫蒸汽電解系統比較評估；9.固體氧化物燃料電池和基于生物質氣化微型燃氣輪機的熱力學分析；10.工作液可變的朗肯循環能量分析；11.熱化學儲能系統：設計，評估和基于充電溫度的參數研究；12.季節性分層熱能儲藏系統的熱力學評估；13.基于太陽能的微型熱電發電系統發展；14.單效吸收式儲能器的瞬態過程分析；15.全球變暖與建筑物形貌對地源熱泵系統性能的影響；16.拉賈斯坦邦的聚光太陽能發電現狀；17.帶有貯熱水箱的太陽能噴射式制冷系統動態性能分析；18.宿舍供電用光伏太陽能電池和燃料電池聯合系統；19.低能耗示范用住宅的空氣源熱泵和太陽能熱聯合供暖系統研究；20.零下低溫區的太陽能熱水器；21.恒定輸入功率的定日鏡場中央接收器系統建模；22.無吸收器單通道太陽能空氣集熱器；23.帶有短距散射器的太陽能發電站；24.甘油水相化可再生能源制氫與水滑石衍生物提取銅鎳催化劑的利用；25.混合結構成分與官能團的熱解條件；26.阿爾及利亞太陽能分布圖；27.帶有真空管太陽能集熱器并集成加濕和除濕功能的太陽能海水淡化系統研究；28.海上風電場的選址優化；29.小型風力發電機葉片設計；30.基于液體浸沒等離子體的籠形水合物變形制氫方法；31.伊朗家用、商用和農業部門中基于風能的便利分布式發電選擇系統；32.麥克默里堡住宅樓地熱空間加熱系統的綜合監測；33.地熱系統中的熱傳輸特性分析；34.阿爾及利亞地熱應用前景分析；35.垂直地埋管換熱器的季節性熱流變化分析；36.面向家庭供暖與供冷的垂直管道地熱泵系統；37.地源熱泵系統中能源樁熱響應試驗分析；38.縱向和橫向片式散熱器的性能比較；39.新加坡能源系統的建模分析；40.低溫熱源驅動的發電供熱集成系統分析；41.壓縮天然氣和柴油功能的垃圾收集車可靠性評估；42.厭氧混合堆中垃圾滲濾液的厭氧處理和沼氣生產系統；43.對帕多瓦城市熱島的實驗調查；44.微波增強型橡膠樹熱解；45.提高水電雙供廠的裝機容量和效率；46.水電雙供廠的建模仿真分析。

本書第1作者Ibrahim Dincer是安大略理工大學機械工程系教授，也是工程和應用科學學院的項目負責人。他獨自撰寫或合作撰寫過幾十本書，發表過的期刊和會議論文被引用超過1000次，還發表過很多技術報告。他曾多次主持國內與國際會議、擔任會議主席。他還參與了很多國際知名會議的初創工作，包括國際能源與環境專題討論會等。他曾經擔任過300余次主題演說，還擔任著多種國際期刊的主編和編輯，如《國際能源研究期刊》，《國際燃燒熱力學期刊》，以及《全球變暖研究》等。

本書采用獨特的方式，融合了最新的技術信息、研究成果和成功示范應用，旨在吸引大量工程師、學生、工程實踐人員、科學家和研究人員，為他們展現可持續能源技術的最新發展。

寧圃奇，博士，研究員

（中國科學院電工研究所）

Puqi Ning，Associate Professor

（Institute of Electrical Engineering，CAS）Giovanni Petrecca

Energy Conversion and

Management

2014

http：///book/

10.1007/978-3-319-06560-1

燃料電池技術論文范文第4篇

“提高學生綜合素質，培養學生創新能力”是新世紀人才培養的重要目標。從事化學專業人才培養的高校教師應當將綜合素質和創新能力的培養貫穿于整個教學工作中，將理論知識的傳授和實踐能力的訓練有機融合[1-2]。“化學綜合實驗”課程的設置恰能符合這一人才培養方向。綜合實驗不僅是化學理論知識、方法原理的綜合，而且是實驗手段、實驗基本操作技能、實驗儀器設備的綜合。近年來，各大院校均對“化學綜合實驗”課程的設置進行了整合與更新，優化了課程知識結構，追蹤科技前沿，提高學生學習興趣和創造力。在此形勢下，以科研促進教學顯示出了不可忽視的作用。在黑龍江大學化學學科教研人員的科研水平逐步提高的背景下，學院提倡將教師的科研課題引入到“化學綜合實驗”的教學中，以科研促教學，以教學輔助科研。學生在課程中不但體驗到了科學研究的基本思路和過程，還學習和觀摩了一些大型、先進科學儀器的操作與維護，這既培養了他們科學的思維方式又鍛煉了他們實事求是、嚴謹的科學態度和刻苦鉆研的科學作風。

一、以科研促進“化學綜合實驗”教學模式改革的方案設計

（一）合理設置實驗項目

合理地設置實驗項目，不斷更新先進、新穎的實驗內容是與時俱進的教學理念的完美體現，也是響應國家關于“抓緊建立更新教學內容的機制，加強課程的綜合性和實踐性，重視實驗課教學，培養學生實際操作能力”號召的必要措施[3]。首先，針對“化學綜合實驗”的教學特點，教師應根據自己的科研方向，結合當前的研究熱點確定合適的實驗內容。轉化為實驗教學項目的研究成果必須是成熟的科研成果，確保實驗整體的科學性、系統性、實用性和先進性。為此，結合學生的知識背景和化學研究領域的熱點，我們圍繞教師承擔的國家以及省部級科學基金項目，衍生出相??的綜合性實驗。例如，作者多年來一直從事固體電化學及器件方面的科研工作，研究課題涉及了固體氧化物燃料電池（SOFC）相關材料的合成與性質研究。因此選擇課題中實驗方法比較成熟的一部分開發為“化學綜合實驗”課程內容。我們設立了綜合實驗“固體電解質納米粉的制備、陶瓷成型及離子電導率的測試”。固體氧化物燃料電池以其發電效率高、能量密度大、燃料使用范圍廣等優點受到廣泛關注。電解質作為SOFC的主要組成部分之一，其主要作用是在陰極、陽極之間傳遞氧離子和對燃料及氧化劑的有效隔離。目前Y2O3穩定的ZrO2（YSZ）是SOFC中研究最熱、利用最廣泛的電解質材料。YSZ的離子電導率不僅與摻雜濃度有關，而且還與粉體的制備工藝、燒結密度密切相關。這個實驗課程的完成過程，既讓學生領略了新能源領域的最新發展動態，了解了新型綠色能源的研究背景和重要意義，又讓他們學習了固體氧化物燃料電池的工作原理及對其相關部件的要求和發展現狀，同時還了解了電解質材料的制備工藝對其離子電導率等相關性能的影響，又讓學生從全方位角度領會和理解了新型燃料電池材料研發人才應該具備的知識和技能以及燃料電池關鍵材料開發領域的技術狀態。為了提高學生的創新能力，我們還在實驗中安排一些自由設計環節，比如在陶瓷成型和燒結工藝環節中，學生可以自主設計實驗參數和操作來獲得實驗結果，并對結果進行分析與討論得出一些非預見性的結論，從中引導和啟發學生的創新思維。

（二）詳盡介紹課題，開展資料調研，學生制定實驗設計報告

作為科研成果轉化成具體綜合實驗內容的教學過程的主導者，教師應該在實驗開展之前給學生詳細地介紹課題研究的意義和背景。盡量將學生掌握的理論知識結合起來講解實驗相關原理和內容，拓展知識面，讓學生充分感受理論學習的重要性，提高學以致用的積極性。同時提出實驗要求，實驗開展過程中的重點和難點等，并提出一些與實驗關鍵內容有關的問題，布置學生自主查閱相關的文獻資料和書籍，制定詳細合理的實驗方案。通過查閱的資料并經過分析和討論，學生整理出詳盡的實驗設計報告，內容應該包含以下內容：研究背景和國內外研究現狀、實驗的目的和意義、實驗材料和實驗儀器設備、實驗方案和具體實驗步驟、實驗結果與討論（包括數據記錄與處理以及對實驗結果的分析討論）。教師要認真審閱學生提交的實驗設計報告，保證實驗方案的合理性和可行性。對不符合要求的實驗設計報告教師要及時與學生討論并做出完善和修改。對于有些學生的創新性設計要尊重其想法并在實驗條件允許的情況下合理地布置實施。整個文獻調研和實驗設計環節，不但使學生掌握了基本的文獻檢索和調研手段而且促進了學生將理論課程知識與實踐的橫向聯系，充分調動了學生進行科研的主觀能動性。有效避免了以往照方抓藥，學生不動腦思考的弊端，提高了學生的綜合素質[4]。

（三）建立健全儀器設備使用與管理制度

綜合實驗要求學生具有安排與開展專業實驗的綜合能力，在此階段的學生經過了基礎實驗對基本實驗技能和動手能力的訓練，更要將理論知識聯系實驗過程，培養創新思維，感悟科研的真諦。在此過程中，2―3人一組的實驗模式既要求大家有獨立自主的動手能力，又要求他們發揚團隊精神，協作精神，集思廣益，討論問題，解決問題，保證實驗的順利進行。

“化學綜合實驗”課程開展中大型表征和測試儀器的使用是保證實驗順利完成的必要因素之一。由科研項目轉化而來的實驗項目往往用到的是項目指導教師課題組或者專業實驗室的相關儀器和設備。教師在學生開展實驗之前應當帶領學生參觀實驗室，把需要用到的實驗儀器和設備的用途、操作規程做介紹，必要的項目需要親自示范操作。比如，在“固體電解質納米粉的制備、陶瓷成型及離子電導率的測試”實驗中教師需要事先為學生講解并且示范陶瓷壓片模具的使用方法、高溫爐的使用方法和電化學工作站的測試方法。在整個實驗進行過程中，實驗室或者實驗中心應當做好儀器設備開放使用的安排，并且加強實驗室管理，建立健全實驗室規章制度，制定儀器設備具體操作規程和管理措施以保障實驗教學的順利完成。

在實驗進行的過程中，學生要按照設計好的實驗路線認真操作，記錄好實驗現象和實驗數據。教師全程跟蹤指導，在學生遇到問題的時候引導釋疑，在實驗結束后進行點評和總結[5]。

（四）按照科技論文標準撰寫實驗報告，進行實驗結果匯報

實驗報告的撰寫是對整個實驗過程中的現象和結果的綜合分析與討論，是最能體現學生分析和總結能力的環節。在此環節中，我們摒棄過去固定模式的實驗報告形式，要求學生以科技論文的形式完成數據討論與總結，對數據的處理不再是簡單的數據羅列和圖形展示，要從中總結和歸納數據變化規律，與實驗設計過程中的理論預期相對照，解釋現象和原因，做到環環相扣，實驗結果與理論推導相互驗證。完成實驗報告的撰寫之后，每一名?W生還要對其實驗結果進行匯報和答辯。實驗結果的口頭匯報及答辯不僅極大地提高了學生的學術交流能力，也是對以往綜合實驗成績評價方式的重要改革。我們將綜合實驗的成績評定分成幾大部分，前期文獻調研和實驗方案設計、實驗過程以及報告撰寫與答辯各占不同比例，重點落在實驗過程和報告撰寫與答辯上。公開匯報實驗結果的方式既體現了成績評定的公平性，又有效避免了同組學生報告雷同的現象。同時，對于優秀的實驗論文，可以讓學生進一步完善并推薦其在校級以上級別的刊物上發表，激發學生做科研的成就感[6]。

二、以科研促進“化學綜合實驗”教學模式改革的效果分析

燃料電池技術論文范文第5篇

隨著我國汽車產銷量突破1800萬輛，成為世界最大的汽車產銷國，私人交通的便利與國家能源之間的矛盾更加突出。2011年，我國交通用油呈持續快速上升趨勢，石油進口量迅速增長，原油對外依存度超過55%（已超過美國的53.5%）[1]。另外，受資源環境約束，汽車行業的減排壓力仍將持續增加。在這一背景下，我國把新能源汽車列為國家戰略新興產業之一，主要發展方向確定為插電式混合動力汽車（Plug-inHybridElectricVehicle，簡稱PHEV）和純電動汽車（BatteryElectricVehicles，簡稱BEV）。同時，在國家新能源汽車發展規劃草案中提出，計劃到2020年，新能源汽車產業化程度和市場規模達到全球第一，其中新能源汽車保有量達到500萬輛；以混合動力汽車（HybridElectricVehicle，簡稱HEV）為代表的節能汽車年銷量達到世界第一[2]。然而，由于新能源汽車整車及電池成本難以下降，新能源汽車的市場表現一直“叫好不叫座”。對此，豐田汽車技術部長表示，讓消費者接受新能源汽車，必須注重其經濟效用。而從經濟性看，如果燃料能減少到一定程度，對消費者會是比較有吸引力的。近年來，隨著電池技術的不斷發展，車用動力蓄電池已經由低存儲能量密度的鎳氫電池替代為鋰離子電池，例如，日本的豐田普銳斯（Prius）混合動力汽車曾使用鎳氫電池作為動力電池，配置容量約為1.3kWh。目前，新能源汽車已經開始使用能量效率更高的鋰離子電池，2012年即將上市的日本豐田公司插電式混合動力電動汽車就是使用4.4kWh的鋰離子電池作為動力電池。我國著名的汽車企業比亞迪公司多年來一直專注于電池儲能以及基于磷酸鐵鋰電池的電動汽車研發，相繼推出了雙模電動車及純電動汽車，引領著我國電動車行業的發展。比亞迪公司憑借電池領域的技術積累，在增加電動汽車續駛里程、提高經濟性方面表現突出，為我國新能源汽車廣泛推廣奠定了基礎。新能源汽車的經濟性是消費者做出購買決策的最重要因素之一。因而，分析新能源汽車與傳統燃油汽車的經濟性對比，有重要的現實意義。目前的文獻中，大部分是將傳統燃油汽車與純電動汽車的全生命周期成本進行了分析。消費成本是基于電價與油價不變的狀態下進行計算的，因而，無法綜合評價在資源、能源約束下，新能源汽車較傳統燃油汽車的經濟性。針對上述問題，本文首先考慮了汽油價格與電價的變化因素；其次，在將傳統燃油汽車與純電動汽車消費成本進行比較的基礎上，結合插電式混合動力汽車的成本分析，建立了插電式混合動力汽車成本計算模型。另外，以國產新能源汽車-比亞迪車型為分析對象進行經濟性對比分析，更具有現實意義。

1新能源汽車的類型及行駛特點

1.1新能源汽車的類型

新能源汽車是指采用非常規的汽車燃料作為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。根據動力源的不同，新能源汽車主要分為3種：混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車（FuelCellVehicle，簡稱FCV）。除此之外，新能源汽車還包括氫發動機汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等各類別產品。混合動力汽車按發動機和電機功率比的大小可分為輕度混合、中度混合和重度混合動力汽車。日本本田公司的Insight輕度混合動力汽車，實現了35km/L的低油耗和80g/km的低CO2排放量[3]。全球銷量超300萬輛的豐田Prius混合動力汽車，排放水平也已經達到了SULEV（超低排放水平）的標準，而且，綜合油耗只有5.1L/100km，僅為同等排量內燃機汽車的2/3[4]。重度混合動力車型，一般情況下電機的峰值功率和總功率的比值大于30%，比起輕度混合、中度混合兩種車型來，重度混合動力車在減少二氧化碳排放量和節油方面效果更明顯。重度混合動力汽車燃油消耗量比同等效能的汽油發動機節省約30%～40%；而二氧化碳排放量減少則高達30%。因此，在純電動車技術及配套設施完全成熟之前，混合動力汽車將是汽車節能減排的主要手段，尤其是重度混合動力汽車技術能夠將節能減排工作落到實處。目前，我國重點發展的電動汽車主要包括插電式混合動力電動汽車和純電動汽車。純電動汽車指主要依靠蓄電池提供動力運行的電動車，需要配套的充電環境與蓄電池。與傳統的燃油汽車相比，電動汽車在能效、排放和經濟性上有較大的優勢。由于電動汽車不用燃燒汽油、柴油等燃料，因而，在行駛過程中幾乎是“零污染”，相對城市環境而言屬于零排放清潔汽車。考慮充電電源結構，純電動汽車的減排潛力大約為13%～68%。同時，純電動汽車可以節省石油資源并提高能源效率，其能源利用效率比傳統燃油高出46%以上，但存在一次充電后續駛里程較短等問題[5]。插電式混合動力電動汽車可以直接由外接電源充電（可以使用家用電源插座，例110V/220V電源），并且在行進過程中可以對混合動力系統中的儲能電池充電。插電式混合動力汽車具有電動汽車的全部優點，例如低排放、低噪音、高能效等。而且，插電式混合動力汽車的續駛里程是純電動汽車的10倍左右（純電動汽車一次充電后的行駛里程大約為160km，插電式混合動力汽車的行駛里程為1600km以上）[6]。相比傳統的混合動力汽車，插電式混合動力電動汽車不僅降低了有害氣體、溫室氣體的排放，還提高了燃油經濟性和動力性能。因而，插電式混合動力汽車的市場接受度可能相對高于純電動汽車。燃料電池汽車也是電動汽車的一種，其電池能量是通過氫氣、甲醇等化學反應產生電流而獲得的。燃料電池車輛的能效比內燃機高2～3倍，而且全程無污染，因此，從能源利用和環境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。清華大學牽頭自主研發的燃料電池城市客車在北京2008年奧運期間以及在奧運之后在北京開展了為期1年的商業化載客運行，并成功完成了3萬km的公交示范運行[7]。燃料電池汽車雖然存在成本及燃料供應的問題，但是由于其具有較好的新能源優越性，因此它仍將成為未來全球汽車行業的研究方向。

1.2新能源汽車的行駛特點

如表1所示，混合動力汽車、插電式混合動力電動汽車、純電動汽車都需要依靠電動機驅動行駛。其中，混合動力汽車和插電式混合動力汽車需要兩種動力來驅動，而純電動汽車只需電池驅動。混合動力汽車采用內燃機和電動機兩種動力，將內燃機與儲能器件通過先進控制系統相結合，提供車輛行駛所需要的動力。兩種動力系統可以使混合動力汽車續駛里程更長；電池單獨驅動時，還可實現“零”排放。插電式混合動力汽車的運行模式大致可分為電量消耗模式、電量保持模式、常規充電模式（圖1）。各模式之間可以根據功率需求和電池的荷電狀態（StateofCharge，簡稱SOC）進行無縫切換。插電式混合動力汽車是由混合動力汽車進化而來的，但是傳統混合動力汽車以內燃機為主，電動為輔，而插電式混合動力車是以電動為主，在電池電力耗至使用臨界點，無法及時充電時才以內燃機為輔。混合動力汽車采用內燃機和電動機兩種動力，將內燃機與儲能器件通過先進控制系統相結合，提供車輛行駛所需要的動力。兩種動力系統可以使混合動力汽車續駛里程更長；電池單獨驅動時，還可實現“零”排放。插電式混合動力汽車的運行模式大致可分為電量消耗模式、電量保持模式、常規充電模式（圖1）。各模式之間可以根據功率需求和電池的荷電狀態（StateofCharge，簡稱SOC）進行無縫切換。插電式混合動力汽車是由混合動力汽車進化而來的，但是傳統混合動力汽車以內燃機為主，電動為輔，而插電式混合動力車是以電動為主，在電池電力耗至使用臨界點，無法及時充電時才以內燃機為輔。

2新能源汽車的經濟效果分析

本文以比亞迪燃油車F3、雙模電動車F3DM（插電式混合動力汽車）、純電動汽車E6為分析對象，研究未來10年，新能源汽車與傳統燃油車購買成本與運行成本比較；試圖考慮未來10年期間油價變化、電價變化等因素，分析傳統燃油汽車與新能源汽車的總成本變化趨勢及經濟效果。

2.1模型建立

前面已對各類型新能源汽車行駛原理做了簡單介紹，燃油汽車和純電動汽車只需依靠燃油驅動或電池驅動即可。而混合動力汽車和插電式混合動力汽車具有燃油驅動、電驅動、油電混合驅動等多種運行模式，計算其油電成本相對復雜。因此，本文為計算插電式混合動力汽車的行駛成本，提出了下列各成本計算模型。（1）PHEV的年耗電成本計算模型假設每天對PHEV充電1次（在PHEV的純電動模式下比亞迪F3DM的1天最大行駛公里數為60～100km），基于年均行駛公里數、電池容量以及電價，純電動模式下的年耗電成本可基于下式（1）計算：式中：Cyearelec為純電動模式下的年耗電成本，元；Dyearelec為1年中純電動模式下的等效行駛天數，d；Myearelec為整車年均行駛公里數，km；MdayBEV為純電動模式下1天行駛公里數（取值應小于或等于PHEV在純電動模式下可續航里程），km；Pelec為電價，元/kWh；EbatBEV為MdayBEV所對應的電池使用電量。（2）PHEV的年耗油成本計算模型基于上述假設以及年均行駛公里數、燃油價格，混合電動模式下的年耗油成本可基于式（2），（3）計算。即，根據PHEV的行駛原理，①當日平均行駛里程小于或等于純電動模式下1天可行駛公里數時，PHEV的年耗油成本為0；②當日平均行駛里程大于純電動模式下1天可行駛公里數時，PHEV將啟動油電混合動力模式，以保證正常行駛路況需要。此時，基于下式（3）確定PHEV的年耗油成本。（3）PHEV的年耗油電成本計算模型結合上述，PHEV的年耗油成本計算模型和年耗電成本計算模型，本論文基于式（4）確定PHEV的年耗油電成

2.2電價與油價計算方法

計算未來10年（2012～2021年）燃油汽車與新能源汽車的燃料成本時，首先需對未來10年年平均燃油價格與電價進行預測。關于未來10年電價情況，本文依據中國電力企業聯合會的《電力工業“十二五”規劃研究報告》進行計算。報告中指出，當前平均電價約為0.6元/kWh，未來10年中國電價年均增長3%[8]。關于未來10年汽油價格，本文依據國際油價走勢和我國近10年平均汽油價格數據進行計算。目前，我國成品油價格主要取決于國際原油價格的變化。而國際油價主要取決于對原油的需求變化、美元指數的漲跌、債務危機、地緣政治與天氣等多種影響因素的變化。但是，無論影響因素怎樣變化，油價總體將呈上升趨勢。國際能源署（IEA）署長田中伸男曾在第2屆全球智庫峰會上表示，由于需求的增長速度可能會超過生產的速度，因而，今后10～20年國際油價將持續攀升。而且，國際能源署還警告說，由于對石油生產投資不足，國際油價可能很快（在2015年）升至創紀錄的每桶150美元[9]。在這一背景下，本文以近10年我國平均汽油價格為基數，進行油價趨勢的回歸分析與預測（圖2）。分析得出2021年汽油價格約為12.93元/L，而當前93#汽油價格約為7.65元/L。

2.3比亞迪ICEV，PHEV及BEV的參數配置

本文以國產汽車-比亞迪傳統燃油汽車與新能源汽車為研究對象，其參數配置如表2所示。比亞迪F3（2009款1.6智能白金版自動擋）燃油汽車排量為1.6L，價格為8.08萬元；比亞迪雙模電動車F3DM低碳版系插電式混合動力汽車，排量僅為1.0L，16.98萬元是廠商指導價（補貼前價格）；而比亞迪純電動汽車E6的廠家指導價格為36.98萬元（補貼前價格），由于電池容量為60kWh，汽車重量達2295kg。

3結果分析

本文分別計算了年均行駛里程為1.5萬、3萬、4萬km時，傳統燃料汽車與新能源汽車10年期的使用總成本（根據北京交通發展研究中心的數據，北京私人小汽車年均行駛里程約為1.5萬km。公車年均行駛里程為3萬～4萬km）。同時，本文還對新能源汽車政府補貼前后的經濟性進行了比較。根據補貼辦法，純電動車每輛最高補貼6萬元；插電式混合動力汽車每輛最高補貼5萬元；1.6L及以下節能車補貼3000元。深圳市政府還宣布，在國家為插電式混合動力車每輛最高補貼5萬、純電動車每輛最高補貼6萬元的基礎上，為兩類車型分別最高追加3萬元和6萬元補貼，即最高可獲8萬元和12萬元補貼。另外，國家還出臺了對新能源汽車減免車船稅等措施，未來也可能收取碳稅，這都將增加新能源汽車的經濟性，但本文在比較中只考慮實際補貼的部分。

3.1案例1

案例1中，首先，探討并對比分析了比亞迪F3燃油汽車和比亞迪F3DM的成本計算結果。圖3為年平均行駛里程1.5萬km、且無政府補貼時的兩種車型經濟性比較結果圖。如圖3所示，不考慮政府補貼時，由于傳統燃油汽車（InternalCombustionEngineVehicle，簡稱ICEV）的購買成本較低，一直保持著較高的經濟性，而隨著使用年限的增多，燃料成本逐漸增加，2020年時，ICEV的“購買+使用”的總成本與PHEV持平。也就是說，年均行駛1.5萬km的消費者以當前市場價格購買ICEV和PHEV，2020年時方能體現出PHEV的相對經濟優勢。但是，如果考慮目前我國對新能源汽車購買補貼金額（即國家對PHEV補貼5萬元/輛），4年之后（即2016年）PHEV的經濟性便會顯現出來。圖4、圖5顯示了年均行駛里程分別為3萬km和4萬km時，ICEV與PHEV的經濟性比較結果。如圖4所示，年均行駛里程越多，PHEV越能體現其相對經濟性。不考慮國家補貼的情況，年均行駛3，4萬km的消費者，到2016年PHEV便可體現其經濟性；而對于年均行駛1.5萬km的消費者，到2020年才會體現相對經濟性（圖3）。如果考慮國家補貼，對于年均行駛3萬km的消費者，購買PHEV不到兩年便可體會帶來的相對經濟性；而對于年均行駛4萬km的消費者，購買第1年便可體會其經濟性（補貼5萬后，F3DM價格為89800元，與ICEV的價格相近）。對于純電動汽車，雖然行駛過程中無需耗油成本且電價相對低廉，但是，由于最初的購買成本較高，因此，相對經濟性并不明顯。在年均行駛1.5萬km時，即使購買補貼達到12萬元（按照深圳市對購買新能源汽車的補貼辦法計算，PHEV補貼8萬元、BEV補貼12萬元），成本依然很高。而在年均行駛里程達到3萬km，且購買補助達到12萬元時，到2018年，BEV對ICEV的相對經濟性才可體現出來。圖6為年平均行駛里程達到4萬km并考慮政府補貼時3種車型的經濟性比較。如圖6所示，2018年以前，傳統燃油汽車與新能源汽車的經濟性比較結果為PHEV＞ICEV＞BEV；而車輛使用年限超過7年后，BEV的經濟性要優于ICEV。因此，通過數據與圖表分析發現，對于年均行駛里程較多，并且可享受國家補貼的車輛消費者來說，PHEV是非常有吸引力的。而且，一些地方政府為促進新能源汽車推廣，實施高額補貼政策。這些舉措將增加電動汽車的市場需求。其中，PHEV將會越來越多地被私人家用汽車市場所接受，并逐漸替代傳統燃油汽車。而電動汽車雖然具有節能減排的優點，但是，如果不降低電池及整車成本，被消費者接受還需要一個發展過程。

3.2案例2

在案例2中，集中探討不同電池容量配比下的比亞迪E6純電動汽車的經濟性比較結果。如前面所述，比亞迪E6的車載電池容量約為60kWh，電池充滿狀態下可行駛300km。而對于一般家庭用私人轎車而言，每天行駛里程通常不足300km，且不超過60km的較多。因而，如果消費者可以根據自身需求，對車載動力電池容量進行選擇，那么不僅可以提高純電動車的經濟性，還可以實現車輛輕量化。目前，鋰離子電池價格約為4.5元/Wh[10]。表3為以4.5元/Wh的電池價格所計算的不同電池配比下的車輛成本。如表3所示，減少車載電池容量，可使購車成本下降。如果日平均行駛里程在100km以內，可以選購電池容量搭載較低的電動汽車。例如選擇車載電池容量為20kWh的純電動汽車，不僅可滿足100km行駛需求，車輛價格也相對降低。因而，可大大提高純電動汽車的經濟性以及利用率。

4結論

通過對比亞迪ICEV，PHEV，BEV等3種代表性車型進行經濟性比較和分析，結果表明，電動汽車運行成本遠低于燃油汽車，但根據燃油價格變化以及政府補貼與否，電動汽車總成本可能會高于燃油汽車。

（1）新能源汽車的經濟性在行駛里程多的情況下，更為顯著，尤其是PHEV，即使在沒有政府補貼的情況下，依然有較高的相對經濟性。在年均行駛里程為1.5萬km時，2020年時，ICEV與PHEV的總成本持平，PHEV運行10年的總成本略低于ICEV；而在年均行駛里程達到3萬～4萬km的情況下，2016年，PHEV對比ICEV的相對經濟性便可體現，因而，對于消費者而言，有較大的吸引力。目前，在我國電動汽車市場呈現有效需求規模不足的情況下，有必要以汽車利用率高、行駛里程多的消費群為切入點進行推廣、普及。