燃料电池技术原理和发展前景

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1、姓名学号专业指导教师日期燃料电池汽车自学成果报告原理、优劣势及发展前景邢夏杰1234674中德学院车辆工程顾荣鑫2012年12月29日【摘要1燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来得到国内外普遍重视。借着这次小论文的机会，我查阅了许多资料，对燃料电池汽车的工作原理进行了学习，同时对国内燃料电池汽车的发展现状和前景有了更多的了解。我将在这篇小的学习报告中，总结自己学到的一些有关燃料电池的知识。【关键词】：原理优劣势发展前景一、燃料电池汽车原理1•简介燃料电池是一种通过化学反应持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的装罝。燃料电池的工作原理与普通电池基本相同，也是通过电化学反

2、应把物质的化学能转变为电能。所不同的是燃料电池进行化学反应所需的物质是由外部不断填充的。燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流叫阴极构成电回路，产生电流。i导电离子氧化剂电解质图1燃料电地原理图解2.分类按燃料电池的运行机理分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。按电解质的种类分为碱性燃料电池AFC、磷酸燃料电池PAFC、熔融碳酸盐燃料电池MCFC、同体氯化物燃料电池SOFC和质子交换膜燃料电池PEMFC等。PEMFC作力新一代发电技术，以其特有的高效率和环保性引起丫全世界的关注，极具幵发和利用价值。目

3、前在新能源汽车上使用最多的燃料电池种类就是质子交换膜燃料电池PEMFC。质子交换膜燃料电池在原理上相当于水电解的“逆”装置，其单电池由阳极，阴极和质子交换膜组成。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电扩败层质子交換膜催化层HZ)HjO图2PEMFC的工作原理图3质子交换勝燃料电地其工作原理如下：1）氢气通过管道或导气板到达阳极。2）在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，释放出2个电子，阳极反应为:H2->2H++2e3）在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，

4、在阴极催化剂的作用T,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：1/2O2+2H++2e->H2O总的化学反应为：H2+1/202=H20伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。二、燃料电池的优势和发展瓶颈1、燃料电池的优点燃料电池作为第四种发电方式的装置，与其他几种发电方式比较起來有以下几个主要优点。1）节能、转换效率高、不需要石油燃料a）燃料电池主要使用氢气作为燃料。由发动机经驱动系统到车轮的综合效率，内燃机汽车为11%左右。以氢气为燃料的FCEV实际效率达到50%〜70%;b）p、j燃机在额定功率附近

5、才有最高效率，燃料电池的高效率随功率变化的范围很宽，在低功率下运转下率高，特别适合于汽车动力性能的要求。2）排放达到零污染氢气作为燃料的燃料电池发动机主要生成物质为水，属于”零污染"。从环保角度讲燃料电池发动机是比较理想的动力装置。3）车辆性能接近内燃机汽车内燃机的比功率约力300W/kg,目前燃料电池本体的比功率力700W/kg,功率密度1000W/L。如果包括燃料电池的重整器、净化器和附属装置在内，比功率为300〜350W/kg,功率密度280W/L。在能U方而燃料电池与内燃机相接近，因此其动力性能可以达到A燃机汽车的水平。4）结构简单、运行平稳a）燃料电池发动机的能量转换是在静态

6、下完成，加工精度要求比内燃机低得多。发动机在运行过程中，噪声小、振动小、散热系统比内燃机简单得多、热管理系统也更加简单。2、燃料电池的发展瓶颈燃料电池作为一种先进的能源，有着明显的优势，但在我们现今的应用中仍有许多不足之处。1）燃料种类单一，且不是一次能源目前，不论是液态氢、气态氢、储氢金属储存的氢，还有碳水化合物经过重整后转换的氢是燃料电池的唯一燃料。氢气的产生、储存、保督、运输和灌装或重整，都比较a杂，对安全性要求很高。另外絚气通常是由点解等其他方式获得，并非一次能源。在制造铽气的同时也产生了许多的污染和能源消耗。2）要求高质量的密封燃料电池的中.体电池所能产生的电压约为IV。通常

7、将多个单体电池纟II合成为燃料电池发动机组。在组合吋，单体电池间必须要有严格的密封，因否则氢气会泄漏到燃料电池的外面，严重影响燃料电池发动机的效率，还会引起氢气燃烧事故。由于要求严格的密封，使得燃料电池发动机的制造工艺很复杂，并给使用和维护带來很多困难。3）比功率还要进一步提高内燃机的比功率约为300W/kg,以絚为燃料的燃料租池比功率约为300〜350W/kg,功率密度为280W/L。为了满足FCEV动力性能的要求，耑要进一步提高燃料电池发动