文 献 综 述

一、题目背景和发展前景

随着世界范围内的经济增长，全球对电力生产的需求也日趋增加。在我国，比起石油和天然气，煤炭资源储量丰富，占一次能源探明总量的90%；又因其价格合理、供应稳定，因此以煤炭为第一能源仍将是我国今后电力发展的基本国情。但是从环保角度看，长期燃用煤燃料发电供热，产生的大气污染物对人类生存环境构成破坏，其危害已逐渐为人们所认识。目前各种环保法规已出台，用以规范治理大气污染。国家将节能减排作为工业生产的一个约束性指标，要求将单位能源消耗总值降低20%左右[1]。这样，过去传统的燃煤发电技术将受到诸多限制，人们开始寻求开发其它高效清洁的新型发电技术。

燃料电池，作为一种最接近于实用化的环保型新能源，已被世界能源研究人士发现，并在应用其发电方面取得一些进展。燃料电池是一种洁净、高效的电化学发电装置[2]~[4]。燃料电池利用燃料氧化反应时释放的能量直接转化为电能，反应物(燃料)和氧化剂(空气和氧气)可以连续不断地供给电池，反应产物可以连续不断地从电池中排出，同时连续不断地输出电能和热能。由于其具有能量转化效率高、环境友好等优点越来越受到各国政府与公司的青睐，被认为是21世纪首选的发电技术[5]。

纵观近10 年燃料电池的应用状况, 供电及供热用燃料电池技术发展比较成功。客观上讲, 这种电池对系统的要求不太苛刻, 燃料电池的优点在一些特殊环境中得到充分发挥, 如在电网不及、而天然气等燃料又十分方便的地方, 结合小型供电供热的地方,结合环保工程并利用废料转换有再生能源( 如水处理) 的地方, 还有一些军方需求及政府价格补偿等为此类燃料电池的发展提供了市场, 也吸引了大量的投资[6]~[8]。 便携电源方面的市场前景比较明显, 已见到不少的准商品, 不久就可以看到市场竞争[9]。 汽车用燃料电池技术发展方兴未艾, 车载系统技术已有长足进展, 不少样车也投入运行示范[10]。 但面对着传统内燃汽车的设计及制造技术发展的竞争, 从市场的角度, 燃料电池汽车在成本、价格及燃料供应地面设施等方面还处于不利的地位。 从技术经济角度, 燃料电池汽车正处在价值工程的过渡期, 有待于技术与市场的良性循环发展[11]。

二、环境对燃料电池性能的影响

这次我们研究的课题是环境对燃料电池性能的影响，构建了以布阴极组为空气阴极的单室微生物燃料电池，并将其应用于猪粪废水的处理与产电， 重点考察了阳极液pH 值对猪粪废水处理和产电性能的影响[12]、[13]。

产电微生物向阳极转移电子的能力是影响微生物燃料电池功率密度的主要内因[14]、[15]。

环境温度、湿度等条件对质子交换膜燃料电池的性能有很大影响，随着相对湿度的增加，燃料电池的最大输出功率显著提高，当相对湿度小于30%或者当环境温度降低至10℃以下时，PEMFC的性能严重下降[16]。除了上面讨论的因素以外还有一些其它因素也会影响燃料电池性能。LiPW指出，燃料电池性能还受燃料电池阴极面方向的影响， 他通过理论和实验同时证明当燃料电池阴极面向上时性能最好，向下时最差。需要注意的是燃料电池是一个多相、多尺度、多物理场、动态复杂系统，必须协调各个影响因素的关系，提高燃料电池的性能[17]~[19]。

一个单一质子交换膜燃料电池( PEMFC) 主要部件有: 端板、电流收集器、双极板、弹性体材料垫片、气体扩散层( GDL) 和膜电极组件( MEA) 等。燃料电池在长期运行过程中，其部件在燃料电池环境下会损伤并产生金属杂质，这些金属杂质进入燃料电池环境后可能会使燃料电池中毒，影响燃料电池的电化学性能[20]~[22]。