电化学能量储存与转换.ppt

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1、电化学能量储存与转换,杨 军化学化工学院建工楼415室Tel.54747667,构成客观世界的三大要素：物质、能量、信息（生物中存在）,一、有关能源和能量的基本概念,能源的另一种分类：（1）一次能源即可供直接利用的天然能源，如煤、石油、风能、水能等。其中，煤、石油，天然气、核燃料是非再生能源，而太阳能、水能和风能等是可再生能源。（2）二次能源由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸气、焦炭、煤气、氢、活泼金属等。,能量不仅有“量”的多少，还有“质”的高低。物质的运动多种多样，但就其形态而论只有有序和无序两大类，有序运动对应的能量叫有序能，无序运动对应的能量叫无序能。例如，一切宏观整体运动的

2、能量（包括机械能）或大量电子定向运动的电能是有序能，物质内部分子杂乱无章的热运动则是无序能。,不同的能量形态之间可以相互转换：化学能热能机械能 电能能量在空间和时间上的转换：能量的传输和储存能量转换的基本规律：能量守恒定量：输入输出储存,能量的基本性质,能源更迭与社会发展人类社会已经经历了三个能源时代：柴火时期：生物质燃料为主要能源的“火”时代；煤炭时期：18世纪诞生蒸汽机，引起动力和产业革命，19世纪末，电力全面推广，电动机代替蒸汽机；石油时期：20世纪中叶，石油和天然气资源发展，内燃机和燃油发动机大量用于交通工具（汽车、飞机等）进入21世纪，可再生能、核能将成为世界能源的主角，清洁能源时代

3、来临。可充电电池和燃料电池将大规模用于可移动装置（如电动自行车、电动汽车）。,2003年消耗约2.67亿吨石油，世界第二，约40依赖进口；目前已经达到55。2000年煤炭消耗13亿吨标煤，2008年达到28亿吨，连续保持世界第一。煤炭占能源总消费比例高达70%。由于煤炭的能量密度和能量品质较低，给环境和运输造成巨大压力。目前，我国CO2的年排放总量在世界排行第一。由于汽车的保有量快速增加，CO2排放有进一步增加的趋势。能源利用率低，GDP占全球的6%，但耗煤31%，油大于8%。美国和日本的人均GDP能耗仅为我国的0.19倍和0.12倍。提高能源利用率关键是要改善能源消费结构和能源的高效利用。低

4、碳生活是人类发展和现代文明的要求。包括三个方面：节能提效，使用新能源，化石能源洁净化（减排）。,国内现状与发展趋势,电化学能量储存与转换的基本模式,二、电化学能量储存与转换概要,电化学技术用于可再生能的储存与转换,Towards Artificial Leaves for Solar Hydrogen and Fuels from Carbon Dioxide,Samir Bensaid,et al.CHEMSUSCHEM,2012,5,500-521,电化学能量储存与转换装置,电化学能量储存与转换的主要方式：1、一次电池：化学能 电能2、二次电池：化学能 电能3、超级电容器：电极/电解质界面

5、静电感应双电层充放电4、燃料电池（特殊一次电池）5、光电化学电池：（1）染料敏化太阳能电池（太阳能 电能）（2）可再生燃料电池（太阳能电能化学能电能）,电化学反应与一般氧化还原反应的区别 氧化还原反应：热能的吸收或释放，可以获得无序的热能：2H2+O2 2H2O,-G=237.2 KJ/mol一般热机发电效率：大多不超过40 燃料电池反应：化学能直接变成有序的电能，60或更高效率！,应用电化学的发展概况：1799年 Volta 发明“伏特电堆”1807年Davy用电解法得到钠和钾1859年Planet 发明铅酸电池1868年G.Lec Lanche研制出锌锰干电池1899年发明Ni-Cd电池，

6、1951年Ni-Cd电池密封化1911年我国生产干电池和铅酸蓄电池（上海交通部电池厂）1929年创建了上海天原化工厂,它是中国最早的氯碱工业 20世纪50年代Bacon在燃料电池方面进行了先驱性工作（其概念最早由William Grove于1839年提出）1990年Sony首次大规模推出锂离子电池1991年M.Gratzel提出染料敏化太阳能电池,早期的电化学能量转换装置,1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。不是最早的盐水溶液，而用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出能保持平稳电流的锌铜电池，又称“丹尼尔电池”。丹尼尔电池最早用于电报机。,（1831年英国的物理学家、化学家

7、迈克尔法拉第发现电磁感应现象，数十年后发电机大规模发电）,化学电源的应用-可移动电源便携式电器：收录机；智能卡；计算器；手机；电脑军用装置：通讯；导弹；智能化步兵.航天航空：人造卫星，飞船.医用：心脏起搏器，助听器，备用电源交通：汽车照明、起动；（混合）电动车能量储存：供电平衡、可再生能的储存,化学电源应用的实例,世界上第一辆电动汽车于1881年诞生，发明人为法国工程师古斯塔夫特鲁夫，这是一辆用铅酸电池为动力的三轮车。1886年被视为燃油发动机汽车的诞生日奔驰1号。,2007年9月24日上午，位于上海老城厢老西门的11路超级电容公交车示范线运行。,便携式燃料电池的潜在应用,主要为接近常温操作（

8、4560）的质子交换膜燃料电池,二、电化学基础1、电解质,化学电源对电解质的基本要求：离子导电，电子绝缘 高的离子电导率，宽的电化学稳定窗口,电解质体系分类：按物理状态区分：液体电解质：水性溶液，有机溶液（溶剂溶质：酸、碱、盐）熔融盐：高温熔盐，常温熔盐（又叫离子液体）凝胶电解质：将液体电解质分散在淀粉、聚合物等中形成均一相全固态电解质：聚合物电解质，无机固体电解质按离子导电类型区分：单离子导体（固体电解质），多离子导体（液体电解质）,表征离子在电场作用下迁移速度的参数：电导电导（1/R)=I/V电导与电导率（）的关系：1/R A/,电导率的单位：Scm-1在多离子电导体系中，某一种离子对总电

9、导的贡献，或对电导所承担的比例：迁移数,影响电导（率）的因素：溶剂化的（或离解的）离子浓度 溶液粘度 温度,溶质浓度,电导率,产生最大值的原因何在？,熔盐电解质 高温熔盐：无机盐熔体，氧化物熔体氧化物体系的熔点较高，如La2O3-CuO（10:90 摩尔比）1050盐类混合物其次，NaCl-KCl（等摩尔）663 不含金属的盐类和有机盐类熔点较低,CO(NH2)2-NH4NO3（59:41）45.5,AlCl3-MEICl（33:67）-75，MEI：1-甲基-3-乙基咪唑,固体电解质聚合物电解质：全氟磺酸树脂膜（质子交换膜）由疏水的氟碳主链区、离子簇和离子簇间形成的网络结构所组成。由于离子簇

10、的周壁带有负电荷的固定离子，而各离子簇之间的通道短而窄，因而对于带负电且水合半径较大的 OH-离子的迁移阻力远远大于 H+,这也是离子膜具有选择透过性的原因。,电导率大小的大概比较：LiClKCl 低共熔体（723 K，1.57 S/cm)1 M KCl水性电解液（约0.1 S/cm)有机电解液，常温离子液体（10-2-10-3 S/cm）大部分纯固体电解质,无机固体电解质：通常是单离子导体，传导离子一般质量较轻、体积小、带一个电荷，如H+,Na+,Ag+,Cu+,Li+,O2-,F-10Sc2O3-ZrO2-x%Ga2O3是高温O2-导体2S-0.24SiS2,室温电导率1.8x10-3 S

11、/cm Li-P-O-N复合无定型膜，室温电导率10-5-10-6 S/cm(能用于实际的电池中吗？）-氧化铝（Na2O11Al2O3)是钠离子导体，用于Na/S电池 Rb4Cu16I7Cl13,室温电导率最高，达0.28-0.37 S/cm,2.电极电位与电极的极化,电极电位是两相间的结界电位，如果是两个不同金属，则其接触电位差可测（热电偶原理）；对于电极/电解质界面，界面的绝对电位差不能测试，只能通过另一个电极测试两电极之间的电位差，叫电池电动势。能斯特方程:o RT/nFlnai电化学中将标准氢电极、饱和甘汞电极等作为参比，获得电极/电解质界面的相对电极电位，例如：Pt,H2(pH2=1

12、)|H+(aH+=1)|CuSO4(aCu2+=1)|Cu Cu2+/Cu=0.337 V电池电动势与吉布斯自由能之间的关系：-G=nFE这是化学能与电能之间的关联。,没有电流通过电极的状态叫开路状态，测出的电压叫开路电压。电流通过电极时，电极电位偏离平衡电位的现象叫极化，其偏差值叫过电位，也叫超电势（）。极化是不可逆现象，极化越大，不可逆程度越大，电能的损失越大。,E,I,E,I,E,E,Eo,Eo,电解池：I,E,后果？,原电池：I,E,后果？,阴极极化,阳极极化,阴极极化,阳极极化,电池的输出电压 电池电动势 a c电解质电阻压降,理想极化与理想非极化电极,极化时不产生法拉第电流的电极叫

13、做理想极化电极，在KCl水溶液中纯汞在0.1-1.6V的电位范围内基本无电极反应，属于理想极化电极；而电极表面形成高阻抗的第二相时也不产生法拉第电流，叫电极钝化。大部分参比电极在小电流密度的情况下属于理想非极化电极。在金属铂电极上的析氢和脱氢反应也只有很小的极化电压。,极化与非极化在电化学技术应用中是有利还是不利的？举例说明,燃料电池的基本特点,多相（气固，液固，气液固）界面电化学反应高效率能量转换 热机：化学能热能机械能电能 效率：3040 燃料电池：化学能电能 效率：60安静、清净、环保型发电单电池电压低（1V)，目前造价高,三、电化学能量储存与转换技术,1.燃料电池技术,燃料电池的主要类

14、型,质子交换膜燃料电池 碱性燃料电池 酸性燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池 固体氧化物燃料电池,Hydrogen,质子交换膜燃料电池的原理与技术,三合一催化电极的构造与功能,40Pt/C催化剂,研究趋势：从减小铂的颗粒度并提高分散均匀性，到采用外层为铂的核壳结构或低铂合金，再到非铂催化剂。,贵金属Pt的高成本是燃料电池大规模应用的主要障碍，以过渡金属M制备M-N4/PPy系催化剂是一种新的有效尝试。Bashyam在Nature上报到了一种燃料电池低成本CoPPy/C新型催化剂，此类催化剂不仅有很高氧还原催化活性，而且有良好的稳定性。,制备方法：在碳上化学聚合吡咯得到PPy/C复合载体；浸渍六水合硝

15、酸钴，再用硼氢化钠还原，使金属钴负载到PPy/C上得到CoPPy/C。,CoPPy/C 复合材料结构（Co的质量百分含量为10%）,H2-O2燃料电池极化曲线和能量密度曲线（H2流速5mL/s,O2流速9mL/s）,Co-PPY-C,直接甲醇燃料电池 体积只有140 cm3、重130g。平均功率为1W。开发样品的甲醇容量为25cm3，发电时间可达20个小时左右，大约相当于手机目前使用的6节锂充电电池。,直接甲醇氧化燃料电池的特点,优点：燃料易存放，体积小，尤其适用于小型便携式装置不需要辅助装置常压、较低温工作（6080）存在问题：甲醇容易渗透穿过电解质膜中间产物CO容易使催化剂中毒电池反应：C

16、H3OH+3/2O2=CO2+2H2O,燃料电池设计的基本原则,热量平衡（散热）水平衡（排水,膜增湿）燃料和氧气（或空气）平衡（正负极气压控制）,高温氧化物燃料电池优势：（1）电极材料可以不用贵金属（2）燃料的选择要求不高劣势：需要高温操作,太阳能的储存与转换,可再生燃料电池原理与构造,合而为一,2.电池技术,电池构造基本示意图,安全气压阀,正负极集流体,容器,隔膜,电解质溶液,负极片,正极片,电池的分类一次电池（原电池）锂电池；锌电池（锌锰，锌银，锌空气）激活电池（储备电池）：Al 电池；热电池二次电池（蓄电池，可充电电池）铅酸电池；镉镍电池；氢镍电池；锂离子电池；钠硫电池液流电池,锂电池的

17、主要几种类型,负极材料选择,固体材料中，锂提供最大重量容量，而铝提供最大体积容量,不同二次电池重量和体积能量密度的比较,锂金属负极在一次电池中得到成功应用，但还不能用于二次电池,表面形成锂枝晶,造成电活性丧失或电池短路,在电解质溶液中容易自发形成固体电解质膜（SEI）,在50，0.5 mol/kg LiTFSI/P13TFSI离子液体中，Cu基底上电沉积金属锂。上端：0.25 mA cm2;下端：3 mA cm2,金属锂二次电池与锂离子电池的稳定性比较,锂离子电池（1991年Sony工业化，3.6-3.8V,锂离子浓差电池)充电负极反应：nC+xLi+xe-LixCn 放电正极反应：LiMO2

18、 Li1-xMO2+xLi+xe-(M=Ni,Co,Mn)电池反应：LiMO2+nC LixCn+Li1-xMO2讨论：在实际电池制造工艺中，锂是在正极材料中，还是在负极材料中？,碳基材料的多样性及其在蓄电体系中的应用,传统碳材料：金刚石,石墨,纤维,活性炭,乙炔黑新型碳材料:富勒烯，纳米炭管，石墨烯，中间相炭微球,纳米微孔硬炭球,多孔炭分子筛(CMS),上海衫衫科技公司生产的中间相碳微球（CMS）,上海衫衫科技公司生产的天然石墨包覆硬碳（MGS）,I(LiC6)铜黄色,II(LiC12)青色,I+II,III(LiC18)篮色,III+IV,II+III,time,Potential vs.

19、Li/Li+,锂插入石墨层的电化学反应滴定曲线,G,I,II,III,锂合金在储电容量方面的优势,完全锂合金化的体积膨胀程度,两次充放电前后的Sn颗粒变化,发展锂合金负极的主要障碍,SnSb-CNT复合材料(Angew.Chem.Int.Ed.2006,45,7039 7042),材料合成工艺,复合材料特征,Sn-SnSb/CNT的充放电特性,多层结构纳米硅-碳复合材料,A.Magasinski，Nature Materials,2010,Vol.9,353,锂离子电池正极材料,能有容量大幅提高的电活性嵌脱锂正极材料吗？,TiS2,FeS,MnO2(2-3V)LiMO2(M=Co,Ni,Mn,

20、层状结构,4V)LiMn2O4(尖晶石结构,近4V)LiMn2-xMxO4(M=Cr,Co,Ni,Cu等尖晶石结构,4.7-5V)磷酸盐系列：LiFePO4(橄榄石结构,3.5V)，LiMnPO4(4V),LiCoPO4(5V)硅酸盐系列：Li2MnSiO4(理论容量330 mAh/g)0.5Li2MnO30.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2（已达280 mAh/g),锂-硫二次电池2Li+2e-+S Li2S完全反应的理论容量：1675mAh/g、Li/S 3300Wh/kg,Li/S 电池的电化学反应,有序介孔碳吸附硫的纳米复合材料,Xiulei Ji,et al.Nature M

21、aterials,2009,8,500,从改进导电性设计硫基复合正极材料,Pyrolyzed Polyacrylonitrile-Sulfur,pPAN-SMWCNT,pPAN-S/MWCNT,pPAN-Sgraphene,J.L.Wang,J.Yang,et al.Advanced Materials,2002,14(13-14),963-965J.L.Wang,J.Yang,et al.Advanced Functional Materials,2003,13,487-492 L.C.Yin,J.L.Wang,et al.J.Mater.Chem.2011,21,6807-6810L.C.

22、Yin,J.L.Wang,et al.Energy Environ.Sci.,2012,5,6966-6972L.C.Yin,J.L.Wang,et al.Chem.Commun.DOI:10.1039/c2cc33333c,钠硫电池-高能密度储能电池放电电压约2V,操作温度：约300固体电解质钠离子导体：氧化铝Na2O11Al2O3正极反应 2Na+5S+2e-=Na2S5(初期）2Na+Na2S5+2e-=5 Na2S4（中后期）2Na+Na2S4+2e-=2 Na2S2（后期）负极反应：Na=Na+e-存在问题：温度较高，硫和多硫化钠的腐蚀性强，钠和硫反应剧烈，不安全。,钠硫电池的基本构

23、造,液流钒电池负极反应：V+3+e V+2正极反应：V+4 V+5 e 电池反应：V+3+V+4 V+2+V+5,液流钒电池体积大，主要用于电力储存，约1.4V，硫酸硫酸盐电解质，石墨电极，H+离子交换隔膜,铅酸电池的新构造可溶铅盐电解质,比较老式和新式铅酸电池各自的优点与缺点。,各种车载动力源的驱程范围比较,电动汽车的技术挑战,电动汽车的技术挑战,讨论题：,1、下图所示是否为理想的能量转换与利用模式？存在问题与可替换方案？2、提高锂离子电池的使用安全性能有哪些技术措施？3、如果无线充电成为现实，现有的三类化学电源哪种更适合用于电动汽车？4、未来是否有可能医用埋入式化学电源能永远伴随人的一生？

24、,水电解器燃料电池,3.光电化学能量转换,Eg,n型,导带,价带,最低空轨道,最高被占有轨道,N型半导体的少数载流子是空穴，P型半导体的少数载流子是电子。对光电效应或光电化学反应起作用的是少数载流子。,电子能量,电势,各种半导体在pH=7的水溶液中导带与价带的位置,半导体光电极的选择,采用与太阳能光谱相匹配的半导体 Eg为1.11.5 eV,如Si,GaAs,InP,CdTe 与溶液的O/R电对相匹配 半导体在电解质溶液中具有良好的化学和电化学稳定性,N型半导体与溶液的界面,接触前,接触后,光照后,光电化学电池的主要类型,1.光伏电池 p-MoS2/Fe 2+/3+/Pt，G=02.色素敏化光

25、伏电池 n-TiO2/色素/I2+I-/金属,G=03.光电化学合成电池 n-TiO2/水溶液/Pt,G 0 2H2O=2H2+O24.光催化电池，G 0,光照加速反应,电化学光伏电池能级状态示意图,染料敏化光伏电池,N3染料,Z-907,染料敏化光伏电池工作原理,染料敏化太阳能电池的性能表征:I-V曲线 短路光电流(Isc)开路光电压(Voc)填充因子(FF):(Iopt Vopt)/(Isc Voc)总光电转换效率：=Iopt Vopt/Pin,敏化染料必须符合以下条件：与TiO2纳米晶半导体电极表面良好结合；在可见光区有较强的，尽可能宽的吸收带；染料的氧化态和激发态稳定性高；激发态寿命长

26、，具有很高的电荷传输效率；有适当的氧化还原电势保证激发态电子注入TiO2；染料分子含有大键能提高电子传输能力。,染料目前的主要分类：钌多吡啶有机金属配合物 酞菁和菁类系列染料 天然染料 固体染料（在TiO2纳米薄膜上镀一层窄禁带半导体膜，如：InAs,PbS）,光电化学合成电池光解制氢,由于TiO2的禁带宽度过大，只能吸收380nm以下占太阳光能4%的紫外光，氮掺杂的TiO2-xNx能吸收400-500nm的可见光。已研究复合固溶体Rh/SrTiO3、Y0.5Bi0.5VO4等氧化物半导体材料。采用新型半导体Mo-doped BiVO4，转换效率已经大于4%。,TiO2的杀菌作用,原因：TiO

27、2在光照下产生的光生空穴具有很强的氧化能力 水的氧化电位：1.23 V vs.SHE 氯气的氧化电位：1.36 V 臭氧的氧化电位：2.07 V TiO2光生空穴：3.0 V,4.超级电容器技术,A.G.Pandolfo,A.F.Hollenkemp,J.Power Sources 157(2006)11-27,决定储电量和能量密度的主要因素：比表面积 孔结构（孔径，贯通）电解液的润湿性 电解质溶解度、离子大小 电解液的电化学窗口,基本特性：功率密度高。超级电容器的内阻很小,而且在电极/溶液界面和电极材料本体内均能实现电荷的快速储存和释放。充放电循环寿命长。超级电容器在充放电过程中没有发生电化

28、学反应,其循环寿命可达万次以上。能量密度显著低于二次电池，一般为5-15 Wh/kg充电时间短。完全充电只需数分钟。可靠性高。超级电容器工作中没有运动部件,维护工作极少。环境温度对正常使用影响不大。超级电容器正常工作温度范围在-3575。储存寿命较短，自放电较严重。,（1）碳电极双电层电容电极表面的静电荷从溶液中吸附离子，它们在电极/溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排成一排,形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层，由于界面上存在位垒，两层电荷都不能越过边界彼此中和，因而形成了双电层电容。（2）金属氧化物电极法拉第准电容指在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，发生快速、可

29、逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，从而产生比双电层电容更高的比容量。（3）导电聚合物使用导电聚合物作为电极的电容器，是在聚合物表面上产生较大的双电层的同时，通过导电聚合物在充放电过程中的氧化、还原反应，在聚合物膜上快速生成 n 型或 p 型掺杂，从而使聚合物存储很高密度的电荷，产生很大的法拉第电容，具有很高的电化学活性。,电极类型：,激光雕筑还原制备石墨烯电极用于电化学电容器,Maher F.El-Kady,et al.Science,2012,335,1326,电容器的容量特性、功率特性和循环寿命,应用,电动车和混合电动车电源：超级电容器具有非常高的功率密度，因此可以很好地满足电车在起动、

30、加速、爬坡时对功率的需求，可以作为混合型电动车电源。电子类电源：可以用作光电功能电子手表和计算机存储器等小型装置的电源，以及卫星和医疗器械的电源。电力系统：分合闸，UPS等目前,超级电容器大多用于高峰值功率、低容量的场合,随着超级电容器材料的研发,功率密度和能量密度的不断提高,在电力系统中的应用范围将更加广阔。,5.氢能与氢能经济,氢是制备甲醇和回收利用CO2的化工原料。,氢的来源：石油、天然气、生物质裂解制氢；水煤气制氢；电化学和光化学制氢（利用可再生能源和核能）,（光）电化学制氢研究面向降低能耗（槽电压）、提高析氢电流效率和时空效率。一些方法介绍：（1）电化学热化学循环法（2）电解水（包括

31、直接双效燃料电池，煤浆电解制氢）,电化学制氢,电化学热化学循环法,方法一：光作用：2FeSO4+I2+H2SO4 2HI+Fe2(SO4)3热分解：2HI H2+I2（708K)电解：Fe2(SO4)3+H2O 2FeSO4+H2SO4+1/2O2总反应：H2O H2 1/2O2 方法二：电解：2H2O+SO2 H2SO4+H2热解：2H2SO4 2H2O+2SO2+O2总反应：H2O H2 1/2O2,阴极：4H+4e 2H2 阳极：C(煤粉）+2H2O 4H+CO2+4e总反应：C(固）+2H2O 2H2+CO2C为去极化剂，降低电位，槽电压约为1V,电流效率近100，但消耗煤能源。,煤浆

32、电解制氢,电解食盐水（氯碱化工）水银法，Na+离子交换膜法等水银法：阳极：2Cl-Cl2+2e阴极：2Na+2Hg+2e 2Na-Hg总反应：2Na+2Cl-+2Hg 2Na-Hg+Cl2 H2O NaOH+H2,利用Nafion全氟磺酸膜电解水 燃料电池的反向操作 阳极：H2O 2H+1/2O2+2e-阴极：2H+2e H2特点:无腐蚀性电解液，装置结构简单，可靠性高；致密的质子交换膜使气体的分离度提高；能在大电流下运行，时空效率高。,不同类型的储氢技术MH-Ni电池用储氢合金 La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Al0.1 290 mAh/g La44-51Ce3-5Pr9-11Nd2

33、7-41Sm0.5Y0.5 303 mAh/g Ti16Ni39V22Zr16Cr7 360 mAh/g各种状态的储氢密度比较 氢含量(%)氢密度(1022氢原子/cm3)高压氢(15MPa)100 0.5 液态氢(20K)100 4.2 固体氢(4.2K)100 5.3 LaNi5H6 1.37 6.2 Mg2NiH4 3.62,有关甲醇与“甲醇经济”,主要观点：把甲醇作为一种方便和较安全的液体储能介质、燃料、基础化工原料以及CO2回收制品，来解决油气时代过后全球能源、化工、环境等问题。氢是甲醇循环利用的关键化工原料。但甲醇的有毒性制约了其广泛的使用。,大气中的CO2,甲醇的合成CO2+3H2CH3OH+H2O,CO2+2H2OCH3OH+3/2O2直接燃料或转化成二甲醚使用,捕获CO2,来自燃烧矿物燃料的发电厂和工业的CO2,合成的烃类及其产品,电解水产生氢气H2OH2+1/2O2从任何可再生资源或原子能资源中得到的电能,利用工业废气和大气中的二氧化碳合成甲醇的循环过程,