质子交换膜燃料电.ppt

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1、质子交换膜燃料电池组员：方毅、罗烈升背景不可再生能源资源日益枯竭，环境污染日益严重。人类社会的可持续发展正面临严峻挑战。发展清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成为十分紧迫的任务。质子交换膜燃料电池（PEMFC)技术就是这样一种绿色能源技术，它使用可再生的能源资源——氢气，可实现零排放。PEMFC简介质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，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，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速

2、电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。PEMFC的工作原理两极的反应分别为：阳极（负极）：阴极（正极）：总反应：PEMFC结构示意图单元燃料电池由三种基本元件组成：质子交换膜气体扩散层双极板质子交换膜（pem）基本要求：电导率高化学稳定性行好热稳定性好良好的力学性能反应气体的透气率低水的电渗系数小作为反应介质要有利于电极反应价格低廉质子交换膜迄今最常用的质子交换膜（PEM）仍然是美国杜邦公司的Nafion质子交换膜，具有质子电导率高和化学稳定性好的优点，PEMFC大多采用Nafion等全氟磺

3、酸膜，国内装配PEMFC所用的PEM主要依靠进口。但Nafion质子交换类膜仍存在下述缺点：(1)制作困难、成本高，全氟物质的合成和磺化都非常困难，而且在成膜过程中的水解、磺化容易使聚合物变性、降解，使得成膜困难，导致成本较高；(2)对温度和含水量要求高，Nafion系列膜的最佳工作温度为70～90℃，超过此温度会使其含水量急剧降低，导电性迅速下降，阻碍了通过适当提高工作温度来提高电极反应速度和克服催化剂中毒的难题；(3)某些碳氢化合物，如甲醇等，渗透率较高，不适合用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜。质子交换膜Nafion膜的价格在600美元每平

4、方米左右，相当于120美元每千瓦（单位电池电压为0.65V）。在燃料电池系统中，膜的成本几乎占总成本的20%~30%。为尽早实现燃料电池的商业化应用，降低质子交换膜的价格迫在眉睫。加拿大的巴拉德公司在质子交换膜领域做了后来居上的工作，使人们看到了交换膜商业化的希望。据研究计划报道，其第三代质子交换膜BAM3G，是部分氟化的磺酸型质子交换膜，演示寿命已经超过4500h，其价格已经降到50美元每立方米，这相当于10美元每千瓦（单位电池电压为0.65V）。PEMFC的优点与内燃机相比，质子交换膜燃料电池的优点有：能量转换效率高（不受卡诺循环限制）；零污染（反应产

5、物为纯净水）；燃料氢来源广泛；结构简单、维护方便（无机械运动部件）；PEMFC的优点与锂离子电池比，质子交换膜燃料电池的优点：电能储量是锂离子电池的10倍；能大电流放电；安全性高；更适合环保；适用范围更广。PEMFC的不足膜的价格高，成本昂贵，制造工艺成本过高；纯氢是pemfc最理想的燃料，但以纯氢为燃料时，氢的制造、运输和贮备是一个较大的问题；催化剂成本较高，特别是贵金属铂的用量问题。PEMFC的应用前景Pemfc的主要应用领域可分为以下三大类：1）用作便携电源、小型移动电源，适用于军事、通讯、计算机等；2）用作交通工具动力，如摩托车、汽车、火车、船舶等

6、；3）用作分散型电站，适于用作海岛、山区、边远地区或新开发地区电站。PEMFC的应用燃料电池汽车燃料电池手机燃料电池发电站燃料电池笔记本总结质子交换膜燃料电池具有重要的应用前景，目前阻碍其商业化应用的主要问题是成本太高！谢谢！