氢燃料电池工作原理和分类ppt课件.ppt

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1、目前使用的种类熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）固体氧化物燃料电池（SOFC）磷酸燃料电池（PAFC）固体高分子燃料电池（PEFC）质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作原理氢燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由3部分组成，即阳极、阴极、电解质。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，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，并释放

2、出2个电子，阳极反应为：(3)在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，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：总的化学反应为：电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。氢燃料电池的应用氢燃料电池车的工作原理将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通

3、过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转换效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一

4、氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。各种氢燃料电池车通用雪佛兰Equinox氢燃料电池车一次性加满氢燃料后的最大行驶里程约为240公里帕萨特领驭燃料电池轿车一次加满燃料的续航里程达235公里，最高时速为145公里/小时。与传统燃料、汽油等车型相比，能量转换效率高达80%，是普通内燃机的3倍。凯迪拉克Provoq概念车这款车搭载最新e-flex氢燃料电池驱动系统，通过氢燃料转化成电能作为动力。该车一次续航里程可达483公里，百公里加速仅为8.5秒。上市时间20

5、11年。现代i-Bule概念车这是一款全新的2+2多用途CUV车型，搭载氢燃料电池，最大功率达136马力。充满氢燃料后，续航距离能达600公里，它的最高车速为165公里/小时。上市时间2012年。推出的氢燃料电池999型汽车最高时速可达每小时207.3英里福特氢动3号戴姆勒-克莱斯勒氢燃料电池Citaro公共汽车农业机械品牌妞荷兰（NEWHOLLAND）推出了以氢燃料电池为动力的拖拉机，它的名字叫NH2，可以驱动一台106马力的电动机，四轮驱动氢的制取目前，获得氢燃料的方法有很多种，比如分解水、裂解石油和煤、分解

6、植物等，但是最环保而且最可持续的方法还是电解水，因为水作为氢能源的原料是可以循环利用的。能源公司从大自然中获取水分解成氢燃料，氢燃料燃烧后变成水回到大自然。更妙的是，用水分解获得氢燃料不但不会产生污染物，而且会生成氧气这种很好的工业原料；而氢燃料燃烧后也不会生成污染物。制氢方法对比电解水制氢主要问题：能耗高，效率低各国科学家正在开发高效水电解法：例如：日本开发的高温加压水电解法，效率达到75％，美国通用电气公司开发的SPE法，效率达90％。生物制氢（发酵制氢和光合制氢）优点：过程大都在室温和常压下进行，不仅消耗小

7、，环境友好，还可以充分利用各种废弃物。缺点：光能利用率低、产氢量小等，离大规模的工业化生产尚有距离。太阳能制氢(光解水和氧化物还原)用阳光分解水是—种最理想的方法，也可能是未来制造氢气的基本方法。地球的水资源极其丰富，太阳能也堪称取之不尽的能源但是，水分子中氢和氧原子结合的化学键相当稳定，想用光分解水就必须使用催化剂。日本科学家研制成了分解水的新型催化剂，在阳光的可见光波段就能把水分解为燃料电池所必需的氧和氢。但这种方法也存在光电转化效率低的问题。核能制氢核电为电解水制氢提供电力；反应堆中的核裂变过程所产生的高温

8、直接用于热化学制氢。与电解水制氢相比，热化学过程制氢的效率较高，成本较低。国内制氢工艺技术国内制氢工艺主要有电解水制氢和以煤、石油脑、炼厂气、焦炉气、天然气为原料在高温下进行蒸汽转化的制氢工艺。一些合成氨装置、甲醇装置将含氢尾气等气体利用变压吸附技术回收少量的氢气。太阳能热化学循环制氢首先,由太阳能聚光集热器收集和汇聚太阳光以产生高温。然后由这些高温推动产氢的化学反应以制