《环境材料学》课程教学资源（PPT课件）清洁能源技术与功能材料

V.噪音污染控制材料降声结构阻尼减振聚合物阻尼减振有机/无机纤维阻尼涂料材料泡沫材料共振薄板金属纤维阻尼降噪合金共振穿孔板/柔性/膜状材料微孔板复合（杂化）阻尼材料消声材料隔声材料吸声材料阻尼减振材料

V. 噪音污染控制材料 降声结构 阻尼减振 消声材料 隔声材料 吸声材料 阻尼减振材料 共振薄板 泡沫材料 阻尼涂料 阻尼降噪合金 聚合物阻尼减振 材料 共振穿孔板/ 微孔板 金属纤维 有机/无机纤维 复合(杂化) 阻尼材料 柔性/膜状材料

VI.环境友好材料新型环境替代材料高氟无/低氯烷烃氟氯烃替代》易挥发低沸点烷烃（异丁烷、环戊烷）>混合制冷剂（冰粒+乙醇）》4A分子筛无磷洗衣粉》层状硅酸盐》水玻璃（偏硅酸钠）（三聚磷酸钠）表面活性剂（碱基甜菜碱）聚乳酸（PLA）雅分解改性聚乙烯醇（PVA）>纤维素类聚丁二酸丁二醇酯（PBS）绿色包装材料淀粉类共混聚酯聚酰胺共聚物（CPAE）共聚》甲壳素类脂肪族+芳香族共聚物木质素类聚氨基酸A聚酯型聚氨酯

氟氯烃替代 VI. 环境友好材料 新型环境替代材料 ➢ 高氟无/低氯烷烃 ➢ 易挥发低沸点烷烃（异丁烷、环戊烷） ➢ 混合制冷剂（冰粒+乙醇） ➢ 4A分子筛 ➢ 层状硅酸盐 ➢ 水玻璃（偏硅酸钠） ➢ 表面活性剂（碱基甜菜碱） 无磷洗衣粉 （三聚磷酸钠） 绿色包装材料 ➢ 纤维素类 ➢ 淀粉类 ➢ 甲壳素类 ➢ 木质素类 ➢ 聚乳酸（PLA） ➢ 改性聚乙烯醇（PVA） ➢ 聚丁二酸丁二醇酯（PBS） ➢ 聚酯聚酰胺共聚物（CPAE） ➢ 脂肪族+芳香族共聚物 ➢ 聚氨基酸 ➢ 聚酯型聚氨酯 难 分 解 共混 共聚

VII.清洁能源技术与功能材料

VII. 清洁能源技术与功能材料

PartI.燃料电池燃料和氧化剂中的化学能一→电能的电化学装置燃料电池传统燃料化学能热能电能

Part I. 燃料电池 燃料和氧化剂中的化学能 电能的电化学装置 化学能 热能 电能 燃料电池 传统燃料 →

PartI.燃料电池AnnHigh(Soundproofingrequired)ModerateATHEAT(SoundproofingECOMERYrequired)LowNo soundproofingrequired)DieselPC25GasMicroSocialElectricElectricTurbinesFuelCellConversation

Part I. 燃料电池

工作原理高温型Heat熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）固态氧化物燃料电池（SOFC）Hydrogen(H2)inWater(H20)0ut阳极（负极）FLOWFIELDMEMBRANEFLOWFIELD阴极（正极）FUELCELLH2 →2H*+2eH2 +20H →2H,0+2eO, +4H++4e' →2H,0N,H4 →N, +4H +4e'O2 +2H,0+4e →40H电解液N,H+40H→N,+4H,0+4e+YH，低中温型6H++2CO,+6e隔膜CH(碱性燃料电池6(-AFC)磷酸燃料电池（PAFC）总反应中质子交换膜燃料电池H,REMFC4+O,=N,+2H,0直接甲醇燃料电泄chPMFF?30,=2CO2+4H,0

工作原理 2H2 +O2 = 2H2 O 总反应 N2 H4 +O2 = N2 + 2H2 O 2CH3 OH+3O2 = 2CO2 + 4H2 O  - 2 - 2 - 2 H 2OH 2H O 2e H 2H 2e + → + → + +  + → + + + → + + + - 2 2- 3 - 3 - 3 2 2 CH OH 8OH CO 6H O 6e CH OH H O 6H 2CO 6e - 2 2 - 2 4 - 2 4 2 N H 4OH N 4H O 4e N H N 4H 4e + → + + → + + + 阳极（负极）  + + → + + + → - - 2 2 2 - 2 O 2H O 4e 4OH O 4H 4e 2H O 阴极（正极） 电解液 + ➢ 低中温型 隔膜 碱性燃料电池（AFC） 磷酸燃料电池（PAFC） 质子交换膜燃料电池（PEMFC） 直接甲醇燃料电池 （DMFC） ➢ 高温型 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 固态氧化物燃料电池（SOFC）

碱性燃料电池磷酸燃料电池磷酸碱性碱性电解质：燃料电池燃料电池燃料电池的类型非铂催化剂(PAFC)(AFC)氧还原效率高100~220比功率(W/kg)35~105单位面积的功率能量密度低0.10.5(W/cn?)电解液容易与CO2、CO反应天然气、甲酵H2燃料电极的燃料种类液化石油气空气0氧电极的氧化物种类能量密度高有腐蚀、液体有腐蚀、液体电解质磷酸水溶液CO不中毒氢氧化钾燃料来源厂35~60(%)发电效率45~602~4h启动时间几分种反应温度高H+电荷载体OH"180~220(℃)反应温度50~200应用广泛应用于应用情况参考发展迅速宇宙飞船

碱性电解质： 非铂催化剂 氧还原效率高 能量密度低 电解液容易与CO2、CO反应 能量密度高 CO不中毒 燃料来源广 反应温度高 ➢ 碱性燃料电池 ➢ 磷酸燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池的类型燃料电池(MCFC)阳极期极4e比功率(W/kg)30~40650%℃单位面积的功率0.2(W/cm2)2C04CO+H:02天然气、燃料电极的燃料种类HO液化石油气+3CO空气氧电极的氧化物种类有腐蚀、液体2COHO+CO电解质碳酸锂/碳酸钾阳极反应：(%)发电效率45~60CO32- + H2 → H2O + CO2 + 2e启动时间≥10h阴极反应：电荷载体COFCO2 + 1/ O2 + 2e → CO2(℃)反应温度600~700有可能用于应用情况参考大型发电厂

阳极反应： CO3 2- + H2 → H2O + CO2 + 2e- 阴极反应： CO2 + ½ O2 + 2e- → CO3 2- ➢ 熔融碳酸盐燃料电池

固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池的类型燃料电池(SOFC)比功率(W/kg)15~20氧化剂单位面积的功率0.3(W/cm2)阴极H.CO.HC燃料电极的燃料种类0负载电解质空气氧电极的氧化物种类无腐蚀电解质极氧化锆系陶瓷系(%)发电效率50~60燃料（氢气、一氧化碳、甲烷等）启动时间≥10h排放产物（水、二氧化碳）电荷载体0(℃)反应温度750~1000有可能用于应用情况参考大型发电厂

➢ 固体氧化物燃料电池

各类燃料电池对比碱性磷酸熔融碳酸盐固体氧化物质子交换膜燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池的类型(AFC)(PAFC)(MCFC)(SOFC)(PEMFC)比功率(W/kg)35~105100~22030~4015~20300~1000单位面积的功率0.50.10.20.31~2(W/cm2)天然气、天然气、甲醇H2H2H2.CO.HC燃料电极的燃料种类液化石油气液化石油气空气空气空气02空气氧电极的氧化物种类有腐蚀、液体有腐蚀、液体有腐蚀、液体无腐蚀无腐蚀、固体电解质氢氧化钾磷酸水溶液碳酸锂/碳酸钾氧化锆系陶瓷系稳定氧化锆系(%)发电效率45~6035~6045~6050~60几分钟几分种启动时间2~4h≥10h≥10h电荷载体H+COS0-OH-反应温度(℃)50~200600~70025~105180~220750~1000应用于发展迅速可应用广泛有可能用于有可能用于应用情况参考大型发电厂宇宙飞船发展迅速大型发电厂用于FCEV

各类燃料电池对比