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鹼性燃料電池

指数 鹼性燃料電池

性燃料電池(alkaline fuel cell,AFC)是一種燃料電池,由英国发明家法蘭西斯·湯瑪士·培根(Francis Thomas Bacon)所發明,以碳為電極,並使用氫氧化鉀為電解質,操作溫度約為攝氏100~250度(最新的鹼性燃料電池操作溫度約為攝氏23~70度)。NASA早在1960年時便開始將它運用在太空梭的發射及人工衛星上,包括著名的阿波羅計畫也使用這種燃料電池。AFC的電能轉換效率為所有燃料電池中最高的,最高可達70%。.

目录

  1. 11 关系: 电解质燃料电池聯氨航天飞机阿波罗计划英国氢氧化钾氧化还原反应

  2. 燃料電池

碳(Carbon,拉丁文意為煤炭)是一種化學元素,符號為C,原子序数為6,位於元素週期表中的IV A族,屬於非金屬。每個碳原子有四顆能夠進行鍵合的電子,因此其化合價通常為4。自然產生的碳由三種同位素組成:12C和13C為穩定同位素,而14C則具放射性,其半衰期約為5,730年。碳是少數幾個自遠古就被發現的元素之一(見化學元素發現年表)。 碳的同素異形體有數種,最常見的包括:石墨、鑽石及無定形碳。這些同素異形體之間的物理性質,包括外表、硬度、電導率等等,都具有極大的差異。在正常條件下,鑽石、碳納米管和石墨烯的熱導率是已知材質中最高的。 所有碳的同素異形體在一般條件下都呈固态,其中石墨的熱力學穩定性最高。它們不易受化學侵蝕,甚至連氧都要在高溫下才可與其反應。碳在無機化合物中最常見的氧化態為+4,並在一氧化碳及過渡金屬羰基配合物中呈+2態。無機碳主要來自石灰石、白雲石和二氧化碳,但也大量出現在煤、泥炭、石油和甲烷水合物等有機礦藏中。碳是所有元素中化合物种类最多的,目前有近一千萬種已記錄的純有機化合物,但這只是理論上可以存在的化合物中的冰山一角。 碳的豐度在地球地殼中排列第15(见地球的地殼元素豐度列表),並在全宇宙中排列第4(见化學元素豐度),名列氫、氦和氧之下。由於碳元素極為充沛,再加上它在地球環境下所能產生的聚合物種類極為繁多,因此碳是地球上所有生物的化學根本。.

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电解质

电解质()是指在水溶液或熔融状态可以产生自由离子而导电的化合物。通常指在溶液中导电的物质,但熔融态及固态下导电的电解质也存在。这包括大多数可溶性盐、酸和碱。一些气体,例如氯化氢,在高温或低压的条件下也可以作为电解质。电解质通常分为强电解质和弱电解质。.

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燃料电池

燃料電池(Fuel cell)是一種主要透過氧或其他氧化劑進行氧化還原反應,把燃料中的化學能轉換成電能的發電裝置。最常見的燃料為氫 ,其他燃料來源來自於任何的能分解出氫氣的碳氫化合物,例如天然氣、醇、和甲烷等。燃料電池有別於原電池,優點在於透過穩定供應氧和燃料來源,即可持續不間斷的提供穩定電力,直至燃料耗盡,不像一般非充電電池一樣用完就丟棄,也不像充電電池一樣,用完須繼續充電,也因此透過電堆串連後,甚至成為發電量百萬瓦(MW)級的發電廠。 1839年,英國物理学家製作了首個燃料電池。而燃料電池的首次應用就在美國太空總署1960年代的太空任務當中,為探測器、人造衛星和太空艙提供電力。從此以後,燃料電池就開始被廣泛使用在工業、住屋、交通等方面,作為基本或後備供電裝置。 現今生活中存在多種燃料電池,但它們運作原理基本上大致相同,必定包含一個陽極,一個陰極以及讓電荷通過電池兩極的电解质。電子由陽極傳至陰極產生直流電,形成完整的電路。各種燃料電池是基於使用不同的電解質以及電池大小而分類的,因此電池種類變得更多元化,用途亦更廣泛。由於以個體燃料電池計,單一顆電池只能輸出相對較小的電壓,大約0.7V,所以燃料電池多以串連或一組的方式制造,以增加電壓,配合應用需求。 另一方面,燃料電池產電後會產生水與熱,基於使用不同的燃料,有可能產生極少量二氧化碳和其他物質,對環境的污染比原電池及化石燃料發電廠少,是一種綠色能源。燃料電池的能量效率通常為40-60%之間;如果廢熱被捕獲使用,其熱電聯產的能量效率可高達85%。 燃料電池的市場正在增長,据派克研究公司(Pike Research)估計,到2020年固定式燃料電池市場規模將達到50 GW。.

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聯氨

聯氨、聯胺、二氮烷或肼(hydrazine)(分子式:N2H4、H4N2或H2N-NH2),是無色的劇毒化合物。致死量為小鼠口服LD50为59mg/kg,静脉注射LD50为57mg/kg。其一水合物N2H4·H2O称作水合联氨或水合肼。 常態下呈無色油狀液體。氣味類似氨,溶於水、醇、氨等溶劑,常用於人造衛星及火箭的燃料、鍋爐的抗腐蝕劑、炸藥與抗氧化劑等。 联氨有吸湿性,在空气中发烟。燃烧會呈紫色火焰。液体中分子以二聚体存在。有强还原性和腐蚀性,能侵蚀玻璃、橡胶、皮革、软木等。.

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航天飞机

航天飞机(英語:Space Shuttle),是一種為穿越大氣層和太空的界線(高度100公里的卡門線)而設計的火箭動力飛機。航天飞机結合了飛機與航天器的性質,像有翅膀的太空船。 迄今只有美國與前蘇聯曾經製造能進入近地轨道的航天飞机,並曾實際成功發射並回收,而美國是唯一曾以太空梭成功進行載人任務的國家。其他國家發展的類似計畫則尚未有實際發射並進入軌道的紀錄。.

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阿波罗计划

阿波羅計划(Project Apollo)或作阿波罗工程,港澳地區及臺灣有時稱其為太陽神計划,是美國太空總署从1961年至1972年从事的一系列載人航天任务,於1960年代的10年中,主要致力于完成载人登陸月球和安全返回地球的目标。1969年,阿波罗11号宇宙飞船达成了上述目标,尼尔·阿姆斯特朗成为第一个踏足月球表面的人类。为了进一步执行在月球的科学探测,阿波羅計划一直延续到1970年代早期。总共耗资约240亿美元,因此有人认为,资金是美国能夠领先一步登陸月球的最大因素。 阿波羅計划是美國太空總署执行的迄今为止最庞大的月球探测計划,“阿波羅”飞船的任务包括为载人登月飞行作准备和实现载人登月飞行,已于1972年底结束。迄今(CURRENTYEAR年)40多年來还没有过其他的载人航天器离开过地球轨道。阿波羅計划详细地揭示了月球表面特性、物质化学成份、光学特性并探测了月球重力、磁场、月震等。后来的天空实验室計划和美国、苏联联合的阿波羅-联盟测试計划也使用了原来为阿波羅建造的设备,也就经常被认为是阿波羅計划的一部分。 阿波羅計划取得了巨大的成功,惟計划中也有过几次严重的危机,包括阿波羅1號测试时的大火造成维吉尔·格里森、爱德华·怀特和罗杰·查菲的死亡;阿波羅13號的氧气罐爆炸以及阿波羅-联盟测试計划返回大气层时排放的有毒气体都几乎使执行任务的宇航员丧命。.

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英国

大不列颠及北爱尔兰联合王国(United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland),简称联合王国(United Kingdom,缩写作 UK)或不列颠(Britain),中文通称英国(中文世界早期亦称英联王国),是本土位於西歐並具有海外領地的主權國家,英國為世界七大國之一,位于欧洲大陆西北面,由大不列颠岛、爱尔兰岛东北部分及一系列较小岛屿共同组成。英国和另一国家唯一的陆上国境线位于北爱尔兰,和爱尔兰共和国相邻。英国由大西洋所环绕,东为北海,南为英吉利海峡,西南偏南为凯尔特海,同爱尔兰隔爱尔兰海相望。该国总面积达,为世界面积第80大的主权国家及欧洲面积第11大的主权国家,人口6510万,为全球第21名及歐洲第3名。 英国为君主立宪国家,采用议会制进行管辖。其首都伦敦为全球城市A++级别和国际金融中心,大都会区人口达1380万,为欧洲第三大和欧盟第一大。现在位英国君主为女王伊丽莎白二世,1952年2月6日即位。英国由四个构成国组成,分别为英格兰、苏格兰、威尔士和北爱尔兰,其中后三者在权力下放体系之下各自拥有一定的权力。三地首府分别为爱丁堡、加的夫和贝尔法斯特。附近的马恩岛、根西行政区及泽西行政区并非联合王国的一部分,而为王冠属地,英国政府负责其国防及外交事务。 英国的构成国之间的关系在历史上经历了一系列的发展。英格兰王国通过1535年和1542年的《联合法令》将威尔士纳入其领土范围。1707年的条约使英格兰和苏格兰王国联合成为大不列颠王国,而1801年后者则进一步同爱尔兰王国联合成为大不列颠及爱尔兰联合王国。1922年,爱尔兰的六分之五脱离联邦,由此便有了今日的大不列颠及北爱尔兰联合王国。大不列颠及北爱尔兰联合王国亦有14块海外领地,为往日帝国的遗留部分。大英帝国在1921年达到其巅峰,拥有全球22%的领土,是有史以来面积最大的帝国。英国在语言、文化和法律体系上对其前殖民地保留了一定的影响力,因而吸引許多以前英聯邦的移民前來居住。 英国为发达国家,以名义GDP为量度为世界第五大经济体,以购买力平价为量度为世界第九大经济体。英国同时还是世界首个工业化国家,在1815年-1914年为世界第一强国,现今仍是強國之一,在全球范围内的经济、文化、军事、科技和政治上有显著影响力。英国为国际公认的有核国家,其军事开支位列全球第五 (IISS)。自1946年以来,英国即为联合国安全理事会常任理事国,而自1973年以来即为欧洲联盟(EU)及其前身欧洲经济共同体(EEC)的成员国,同时还为英联邦、欧洲委员会、七国财长峰会、七国集团、二十国集团、北大西洋公约组织、经济合作与发展组织和世界贸易组织成员国。2016年英國脫離歐盟公投中,英国民众决定脱离欧盟,但因間接影響全球經濟,所以並未得到多數國家支持。.

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氫是一種化學元素,其化學符號為H,原子序為1。氫的原子量為,是元素週期表中最輕的元素。單原子氫(H)是宇宙中最常見的化學物質,佔重子總質量的75%。等離子態的氫是主序星的主要成份。氫的最常見同位素是「氕」(此名稱甚少使用,符號為1H),含1個質子,不含中子;天然氫還含極少量的同位素「氘」(2H),含1個質子和1個中子。 氫原子最早在宇宙復合階段出現並遍佈全宇宙。在標準溫度和壓力之下,氫形成雙原子分子(分子式為H2),呈無色、無臭、無味非金屬氣體,不具毒性,高度易燃。氫很容易和大部份非金屬元素形成共價鍵,所以地球上大部份的氫都以分子的形態存在,比如水和有機化合物等。氫在酸鹼反應中尤其重要,因為在這類反應中各種分子須互相交換質子。在離子化合物中,氫原子可以獲得一個電子成為氫陰離子(H−),或失去一個電子成為氫陽離子(H+)。雖然在一般寫法中,氫陽離子就是質子,但在實際化合物中,氫陽離子的實際結構是更為複雜的。氫原子是唯一一個有薛定諤方程式解析解的原子,所以對氫原子模型的研究在量子力學的發展過程中起到了關鍵的作用。 16世紀,人們通過混合金屬和強酸,首次製備出氫氣。1766至1781年,亨利·卡文迪什第一次發現氫氣是一種獨立的物質,燃燒後會產生水。安東萬-羅倫·德·拉瓦節根據這一性質,將其命名為「Hydrogen」,在希臘文中意為「生成水的物質」。19世纪50年代,英国医生合信编写《博物新编》(1855年)时,把元素名翻译为“轻气”,成為今天中文「氫」字的來源。 氫氣的工業生產主要使用天然氣的蒸汽重整過程,或通過能源消耗更高的水電解反應。大部份的氫氣都在生產地點直接使用,主要應用包括化石燃料處理(如裂化反應)和氨生產(一般用於化肥工業)。在冶金學上,氫氣會對許多金屬造成氫脆現象,使運輸管和儲存罐的設計更加複雜。.

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氢氧化钾

氢氧化钾(化学式:KOH),俗稱苛性鉀,白色固体,溶于水、醇,但不溶于醚。在空气中极易吸湿而潮解。可与二氧化碳反应生成碳酸钾。所以它會被用作吸收二氧化碳之用。 氢氧化钾是典型的強鹼,有許多工業上的應用,大部份的應用都是因為氢氧化钾可以和酸反應,以及氢氧化钾本身的腐蝕性。2005年生產的氢氧化钾估計有700,000至 800,000噸,約為氢氧化鈉的百分之一H.

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氧(IUPAC名:Oxygen)是一種化學元素,符號為O,原子序為8,在元素週期表中屬於氧族。氧屬於非金屬,是具有高反應性的氧化劑,能夠與大部分元素以及其他化合物形成氧化物。氧在宇宙中的總質量在所有元素中位列第三,僅居氫和氦之下。Emsley 2001, p.297在標準溫度和壓力下,兩個氧原子会自然鍵合,形成無色無味的氧氣,即雙原子氧()。氧氣是地球大氣層的主要成分之一,在體積上佔20.8%。地球地殼中近一半的質量都是由氧和氧化物所組成。 氧是細胞呼吸作用中重要的元素。在生物體中,主要有機分子,如蛋白質、核酸、碳水化合物和脂肪等,還有組成動物外殼、牙齒和骨骼的無機化合物,都含有氧原子。生物體絕大部分的質量都由含氧原子的水組成。光合作用利用陽光的能量把水和二氧化碳轉化為氧氣。氧氣的化學反應性強,容易與其他元素結合,所以大氣層中的氧氣成分只能通過生物的光合作用持續補充。臭氧()是氧元素的另一種同素異構體,能夠較好地吸收中紫外線輻射。位於高海拔的臭氧層有助阻擋紫外線,從而保護生物圈。不過,在地表上的臭氧屬於污染物,為霧霾的副產品之一。在低地球軌道高度的單原子氧足以對航天器造成腐蝕。 卡爾·威廉·舍勒於1773年或之前在烏普薩拉最早發現氧元素。約瑟夫·普利斯特里亦於1774年在威爾特郡獨立發現氧,因為其成果的發表日期較舍勒早,所以一般被譽為氧的發現者。1777年,安東萬-羅倫·德·拉瓦節進行了一系列有關氧的實驗,推翻了當時用於解釋燃燒和腐蝕的燃素說。他也提出了氧的現用IUPAC名稱「oxygen」,源自希臘語中的「ὀξύς」(oxys,尖銳,指酸)和「-γενής」(-genes,產生者)。這是因為命名之時,人們曾以為所有酸都必須含有氧。許多化學詞彙都在清末傳入中國,其中原法文元素名「oxygène」被譯為「養」,後譯為「氱」,最終演變為今天的中文名「氧」。 氧的應用包括暖氣、內燃機、鋼鐵、塑料和布料的生產、金屬氣焊和氣割、火箭推進劑、及航空器、潛艇、載人航天器和潛水所用的生命保障系統。.

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氧化还原反应

氧化还原反应(Reduction-oxidation reaction,簡稱Redox)是在反应前后元素的氧化数具有相应的升降变化的化学反应。这种反应可以理解成由两个半反应构成,即氧化反应和还原反应。此类反应都遵守电荷守恒。在氧化還原反應裡,氧化與還原必然以等量同時進行。 一般来说,同一反应中还原产物的还原性比还原剂弱,氧化产物的氧化性比氧化剂弱,这就是所谓“强还原剂制弱还原剂,强氧化剂制弱氧化剂”。換言之:.

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另见

燃料電池