燃料电池材料ppt课件.ppt

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1、燃料电池材料燃料电池概述质子交换膜型燃料电池(PEMFC)材料熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)材料固态氧燃料电池（SOFC）材料燃料电池的前景与挑战1燃料电池概述燃料电池（fuelcell）是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力装置。燃料电池具有高能效、低排放等特点，近年来受到了普遍重视，在很多领域展示了广阔的应用前景。上个世纪60-70年代期间，美国“Gemini”与“Apollo”宇宙飞船均采用了燃料电池作为动力源，证明了其高效与可行性；燃料的选择性非常高，包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气，甚至于现在运用最广泛的汽油，都可以做为燃料电池燃料。这是目前其他所有动力来源无法做到的。以氢为燃料、环

2、境空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统近十年来在车上成功地进行了示范，被认为是后石油时代人类解决交通运输用动力源的可选途径之一。再生质子交换膜燃料电池(RFC)具有高的比能量，近年来也得到航空航天领域的广泛关注；直接甲醇燃料电池(DMFC)在电子器件电源如笔记本电脑、手机方面等得到了演示，已经进入到了商业化的前夜；以固体氧化物燃料电池(SOFC)为代表的高温燃料电池技术也取得了很大的进展。但是，燃料电池技术还处于不断发展进程中，燃料电池的可靠性与寿命、成本与氢源是未来燃料电池商业化面临的主要技术挑战，这些也是燃料电池领域研究的焦点问题。1.1发展历史1839年，Grove所进

3、行的电解作用实验——使用电将水分解成氢和氧。第一个碱性燃料电池。1866年，制造出了能工作的燃料电池。20世纪60年代，宇宙飞行的发展，才使燃料电池技术重又提到议事日程上来。出于对能保护环境的能源供应的需求，激发了人们对燃料电池技术的兴趣。1.2燃料电池工作原理阳极反应2H2+4OH-→4H2O+4e-阴极反应4e-+O2+2H2O→4OH-总反应2H2+O2→2H2O燃料电池通过氧与氢结合成水的简单电化学反应而发电。燃料电池的基本组成有：电极、电解质、燃料和催化剂。二个电极被一个位于这它们之间的、携带有充电电荷的固态或液态电解质分开。在电极上，催化剂，例如白金，常用来加速电化学反应。上图

4、为燃料电池基本原理示意图。1.3燃料电池的分类（1）碱性燃料电池（AFC）（2）质子交换膜燃料电池（PEMFC）（3）磷酸燃料电池（PAFC）（4）熔融碳酸燃料电池（MCFC）（5）固态氧燃料电池（SOFC）1.4质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质,无电解质腐蚀问题，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，尤其是电动车的最佳驱动电源。它已成功地用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。1.5再生氢氧电池（AFC）再生氢氧燃料电池将水电解技术(电能+2H2O→2H2+O

5、2)与氢氧燃料电池技术(2H2+O2→H20+电能)相结合,氢氧燃料电池的燃料H2、氧化剂O2可通过水电解过程得以“再生”,起到蓄能作用。可以用作空间站电源。1.6熔融碳酸燃料电池（MCFC）熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。反应原理示意图如下：阴极：O2+2CO2+4e-→2CO32-阳极：2H2+2CO32-→2CO2+2H2O+4e–总反应：O2＋2H2→2H2O1.7固态氧燃料电池（SOFC）固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效，环境友好的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题；

6、在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%提高到70%以上；它的燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。1.8燃料电池系统组成单独的燃料电池堆是不能发电并用于汽车的，它必需和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统组成燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。1燃料电池组2辅助装置和关键设备：(1)燃料和燃料储存器(2)氧化剂和氧化剂存储器(3)供给管道系统和调节系统(4)水和热管理系统2质子交换膜型燃料电池材料电催化电

7、催化是使电极与电解质界面上的电荷转移反应得以加速的催化作用。电催化反应速度不仅由电催化剂的活性决定，而且与双电层内电场及电解质溶液的本性有关。2.1电催化剂2.1.1电催化剂催化机理H2的阳极氧化H2在酸性环境中的阳极氧化反应为：一般认为它的具体途径如下：(M代表电催化剂表面原子)第一步：第二步有两种可能的途径：其中MH2与MH分别表示吸附的氢分子和氢原子。第二步的第一种可能途径是H2与M作用就能使H—H键断裂形成M—H