2013燃料电池的分类及应用.ppt

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1、燃料电池：是继水力、火力和核能发电后新的高效发电技术，它是不经过燃烧直接将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的发电装置。第四节燃料电池燃料电池起源——格罗夫气体电池1839年，格罗夫教授在采用Pt电极演示水的电解实验过程中，发现吸附了H2和O2的Pt电极可以释放出电能，当时称之为气体伏打电池，后来称之为格罗夫燃料电池。三、燃料电池的发展史1、1839年，英国Grove所进行的电解作用实验——使用电将水分解成氢和氧——是人们后来称之为燃料电池的第一个装置。2、燃料电池史早期的重要进展是由1932年剑桥大学的FrancisThom

2、asBacon博士完成的。主要改进如下：(1)廉价的镍网代替铂电极(2)碱性的氢氧化钾代替硫酸，减少腐蚀。Bacon将这种装置叫做Bacon电池，它实际上是第一个碱性燃料电池(alkalinefuelcell,AFC)。1959年，Bacon制造出第一台能真正工作的5kW燃料电池。上述发展为现代燃料电池的商业化奠定了基础。3、质子交换膜电池20世纪60年代初期，美国国家航空和宇宙航行局（NASA）为寻求无人航天飞行提供动力的方法。1955年，通用电器公司（GE）的WillardThomasGrubb改进了燃料电池设计，使用

3、磺化的聚苯乙烯离子交换膜作为电解质。三年后，和LeonardNiedrach一起发明了膜电极的方法，从而制造出现在质子交换膜燃料电池。3燃料电池基本组成：电极：多孔电极技术，电极可由具有催化活性的材料组成，也可只作为电化学反应载体和反应电流的半导体电解质：水溶液、固体电解质或熔融盐燃料：气体（氢气、甲烷、一氧化碳）、液体（甲醇等）、固体（金属及金属氢化物）氧化剂：纯氧、空气、过氧化氢或卤素等燃料电池的工作原理（1）氢气在阳极催化剂的作用下，发生下列阳极反应：（2）氢离子穿过电解质到达阴极。电子则通过外电路及负载也达到阴极。

4、在阴极催化剂的作用下，生成水反应式为：（3）综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为：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。5燃料电池的基本组成和结构阳极、阴极、电解质和外电路6图1-3燃料电池的基本结构原理燃料电池中的基本问题（氢氧电极催化作用）燃料电池中的电催化作用是用来加速燃料电池化学反应中电荷转移的一种作用，一般发生在电极与电解质的分界面上。催化剂是一类可产生电催化作用的物质。电催化剂可以分别用于催化阳极和阴极反应。这种分离的催化特征，使得人们可以更好地优选不同

5、的催化剂。*评价催化剂的主要技术指标为稳定性、电催化活性、电导率和经济性。7燃料电池的特点1.燃料来源广泛，可以供给来实现不间断发电。2.高效清洁，无SOx、NOx排放，安全方便。3.能量转换效率高，不受卡诺循环的限制。理论转化率为：理论能量转换效率达80~90%，由于可能从环境吸收能量，转换效率可以>100%，但因有正负极极化、浓差极化、电解质欧姆降等，转换效率下降，但仍显著高于内燃机。现代燃料电池的分类1.按电解质的特性不同1.1碱性燃料电池（AFC）1.2质子交换膜燃料电池（PEMFC）1.3磷酸燃料电池（PAFC）

6、1.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)1.5固体氧化物燃料电池（SOFC）2.按燃料类型分类2.1氢燃料电池2.2甲烷燃料电池2.3甲醇燃料电池2.4乙醇燃料电池92.1碱性燃料电池（AFC）2.1.1碱性染料电池简介碱性燃料电池是发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。负极反应：正极反应：工作温度大约80℃，启动快，生产成本低，但其电流密度仅为质子交换膜燃料电池的密度10-20%，在汽车中使用显得相当笨拙，可用于小型的固定发电装置。碱性燃料电池对氢气中的CO和其它杂质也非常敏感，主要是催化剂中毒和

7、电解液碳酸化，降低电池的性能。1011图1－8碱性燃料电池的结构（自由电解质型）1.2AFC的优点①氧气转换效率高；②可以用非铂催化剂；③可以采用镍板做双极板。1.3AFC的缺点①碱性电解液容易形成K2CO3、Na2CO3沉淀，严重影响电池性能。②电池的水平衡问题很复杂，影响电池的稳定性。122.2质子交换膜燃料电池(Protonexchangemembranefuelcell，简称PEMFC）质子交换膜燃料电池是由阳极、阴极和质子交换膜压制而成，阳极负载Pt、Pd催化剂发生氢氧化，阴极负载Pt/C催化剂，发生氧还原反应，

8、质子交换膜作为电解质。电极反应如下：阳极(负极)：2H2-2e=2H+阴极(正极)：1/2O2+4e+4H+=H2O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才能到达阴极。每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在