燃料电池专题报告.ppt

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时间:2021-03-23

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1、燃料電池未來或許我們可以 將電廠裝在手提包中隨身攜帶, 只要將「它」連接到任何電器上,一切就搞定了。 「它」就是當前正在積極發展中的燃料電池。前言近幾年來,由於燃料電池(FuelCell)技術創新突破,再加上環保問題、能源不足等多重壓力下,國際間政府、汽車、電力、能源產業等單位,漸漸重視燃料電池科技發展,而國內也處於相同情況。另外,國內將FuelCell譯為「燃料電池」,但其實它並非電池,而是經由電化學反應之發電機,譯為「環保發電機」似乎較為妥適。燃料電池的演進燃料電池(fuelcell)是一種將燃料的化

2、學能,透過電化學反應直接轉換成電能的裝置。其發展歷史可追溯至一八三九年,首先由威廉.羅伯特.葛羅夫爵士(SirWilliamRobertGrove)所發明,該系統是使用稀釋的硫酸當做液態電解質,成功地產生電能。經過不斷的研究,能司特在一八九九年,首度發現固態電解質的導電行為。而第一個陶瓷型燃料電池則在一九三七年,由鮑爾與葡來司首先示範成功。理論探討燃料電池的運作原理(如圖1),也就是電池含有陰陽兩個電極,分別充滿電解液,而兩個電極間則為具有滲透性的薄膜所構成。氫氣由燃料電池的陽極進入,氧氣(或空氣)則由陰

3、極進入燃料電池。經由催化劑的作用,使得陽極的氫原子分解成兩個氫質子(proton)與兩個電子(electron),其中質子被氧『吸引』到薄膜的另一邊,電子則經由外電路形成電流後,到達陰極。在陰極催化劑之作用下,氫質子、氧及電子,發生反應形成水分子,因此水可說是燃料電池唯一的排放物。燃料電池的種類以燃料電池之電解質(electrolyte)來區分,它可分為五種。若以溫度分類,可分為三種高溫型、中溫型、低溫型。電解質(electrolyte)來區分(1)鹼性燃料電池(AlkalineFuelCell,AFC)

4、(2)質子交換膜燃料電池(PolymerElectrolyteFuelCell,PEFC;SolidPolymerElectrolyteFuelCell,SPEFC;或ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)(3)磷酸燃料電池(PhosphoricAcidFuelCell,PAFC)(4)熔融碳酸鹽燃料電池(MoltenCarbonateFuelCell,MCFC)(5)固態氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell,SOFC)以溫度分類低溫型─PEMFC(80

5、-100oC)AFC(60-220oC)PAFC(180-200oC)中溫型─MCFC(650oC)高溫型─SOFC(1200oC)質子交換膜燃料電池工作原理質子交換膜型﹝PEMFC﹞其反應式如下:陽極H2+  →  2H  +  2e-陰極1/2  O2  +  2H+  + 2e-  →  H2O全反應1/2 O2  +  H2  → H2O質子交換膜型﹝PEMFC﹞燃料電池為了加速電極的反應,電極中通常會加入催化劑如鉑﹝白金﹞,但由於PEMFC內需含水分,所以操作溫度必須控制在100℃以下,此時鉑容

6、易產生不完全反應並製造出一氧化碳﹝CO﹞,進而失去催化的效果,因此多加入銠或銥等貴金屬於鉑之中,如此一來成本就向上攀升。再生氫氧燃料電池工作原理再生氫氧燃料電池將水電解技術(電能+2H2O→2H2+O2)與氫氧燃料電池技術(2H2+O2→H20+電能)相結合,氫氧燃料電池的燃料H2、氧化劑O2可通過水電解過程得以「再生」,起到蓄能作用。可以用作空間站電源。固態氧化物燃料電池工作原理燃料電池工程中心進行電池材料的制備,研究SOFC的新型結構和組裝技術並進行SOFC的應用基礎研究。已掌握LSM陰極,Ni-YS

7、Z陽極及高溫密封材料的制備工藝。開發出中溫SOFC用大面積Ni-YSZ多孔陽極基膜和負載YSZ緻密膜以及電極-膜三合一的制備工藝,制備的負載YSZ緻密膜厚度小於10μm。中溫SOFC在800℃時的功率密度達到0.15W/cm2。目前正在進行千瓦級電池組的開發。熔融碳酸鹽燃料電池工作原理熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池。其電解質是熔融態碳酸鹽。 反應原理示意圖如下:陰極:O2+2CO2+4e-→2CO32-陽極:2H2+2CO32-→2CO2+2H

8、2O+4e–總反應:O2+2H2→2H2O目前燃料電池應用範圍及產業規模低溫燃料電池(60—120℃)類型ACF鹼性燃料電池PEMFC或SPFC質子交換膜或固態聚合物燃料電池應用太空飛行、國防汽車、潛水艇、移動電話、筆記本電腦、家庭加熱器、熱電聯產電廠開發的狀態在太空飛行中的應用家庭電源試驗項目、小汽車公共汽車、試驗的熱電聯產電廠特性無污染排放污染排放在0和很低的水平之間電效率高低噪音水平製造費用非常貴固體電解質適合於大規模生

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