燃料电池技术基础总结.pdf

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1、Ch11.燃料电池是一种不经过燃烧过程的低污染、高效的发电装置，是可以利用氢这种新型能源作燃料的一种清洁发电装置，已成为继水力发电、火力发电和核能发电之后的第四代主要发电技术。2.产业化过程将会经历三个阶段，即注重技术水平的成果阶段、注重实用化的产品阶段和注重销售价格／生产成本的商品化阶段。3．燃料电池(FuelCell)的定义：是一种以氢为主要燃料，把燃料中的化学能通过电化学反应直接变换成电能的高效、低污染、无噪声的发电装置。燃料电池与一般传统电池(battery)的相同点：都是将活性物质的化学能转化为电能的装置，都属于电化学动力源(electrochemicalpowersource

2、，electrochemicalcell)不同点：燃料电池是能量转换器，非能量储存器；一般电池是能量储存器4.1838年C.F．Schonbein发现燃料电池原理5.1993年重要里程碑：加拿大巴拉德动力系统(Ballardpowersystem)公司推出全世界第一辆以质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，PEMFC)为动力的电动汽车。6.燃料电池发电是直接通过电化学反应将燃料的化学能转变成电能，不受卡诺循环的限制，转化过程的步骤少、效率高，发电过程中没有燃烧、不冒烟，不会产生污染没有高速转动部件，不会产生噪声。7.按照燃料的来源，燃料电池可以

3、分成类：一类是直接式燃料电池，即燃料用氢气；另一类是间接式燃料电池。8.由于大部分的燃料为有机化合物且为气体，这就要求电极具有催化剂的特性(也就是“电催化”作用)，并且为多孔质材料，以增大燃料气、电解液和电极三者的三相接触界面，促进电子授受反应的进行。发生电子授受反应的气、液、固三相接触界面称为三相区(ThreePhaseZone)。9.气体扩散电极的研究直接关系到整个燃料电池的发展，是燃料电池研究的重要课题之一。10.燃料电池的特点燃料电池的特点(1)效率高，(2)噪声低，(3)占地面积小、建造时间短，(4)污染小，(5)所用燃料广泛，(6)用途广11.燃料电池的种类燃料电池的种类：（

4、1）低温•碱性燃料电池(Alkalinefuelcell，AFC)•质子交换膜燃料电池(Protonexchangemembranefuelcell，PEMFC)（2）中温•磷酸燃料电池(Phosphoricacidfuelcell，PAFC)(3)高温•熔融碳酸燃料电池(moltencarbonatefuelcell，MCFC)•固态氧化物燃料电池(Solidoxidefuelcell，SOFC)12.对于商业化的燃料电池，按照开发时间的顺序一般将PAFC称为第一代燃料电池，MCFC称为第二代燃料电池，而将SOFC称为第三代燃料电池。AFC主要用于太空飞行，PEMFC主要用于电动车(如

5、电动汽车和电动摩托车)，PAFC、MCFC和SOFC则主要用于静置式发电站。13.碱性燃料电池(AFC)：以石棉网作为电解质的载体，氢氧化钾(KOH)溶液为电解质，工作温度在70~200°C之间。•高温(约200°C)时采用高浓度的氢化钾(85％)电解质，在较低温度(<120°C)时则使用低浓度的氢化钾(35％~50％)电解质。•与其他燃料电池相比，AFC功率密度较高，性能较为可靠。•所使用燃料的限制非常严格，必须以纯氢作为阳极燃料气体，以纯氧作为阴极氧化剂。•催化剂使用铂、金、银等贵重金属，或者镍、钴、锰等过渡金属。•电解质的腐蚀性强，因此电池寿命短，但启动快•仅成功地应用于航天或军事

6、应用，不适合于地面商业民用。14.PEMFCPEMFC•以质导度佳的固态高分子膜为电解质。•PEMFC内惟一的液体为水，因此腐蚀程度较低，但水管理则是影响燃料电池发电效率的重要因素之一。必须保持膜内含水充分。•由于水平衡的因素，燃料电池的工作温度必须限制在100°C以下。•以富氢气体为燃料时，不能含有过量的CO(容忍度<10x10-4％)，以避免阳极催化剂中毒。•工作温度较低(大约80°C)，余热利用价值低，但低温操作也使得PEMFC具有启动时间短的特性，可以在几分钟内达到满载运行。•电流密度和功率密度较高、发电效率约在45％～50％(低热值)•寿命长、运行可靠•在车辆动力、移动电源、分

7、散式电源以及家用电源方面有一定的市场，但不适合用于大容量集中型电厂。15.磷酸燃料电池磷酸燃料电池(PAPC)(PAPC)•工作温度大约在160--220°C之间（低温时离子电导度差，而且阳极铂容易受到CO毒化）•电解质为浓度100％的磷酸•目前的发电效率仅能达到40％~45％(低热值)•燃料必须外重整改质，而且燃料气体中CO的浓度必须小于0.5％•酸性电解质的腐蚀作用使PAFC的寿命难以超过40000h。•PAFC目前的技术已趋成