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1、5.5Fuelcells1839Grove发明燃料电池1889Mond和Langer首次采用燃料电池60年代燃料电池成功地用于阿波罗登月飞船燃料电池是一种等温并直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效(50%～70%)、环境友好地转化为电能的发电装置,也是一种新型的无污染、无噪音、大规模、大功率和高效率汽车动力和发电设备1燃料电池的工作原理和特点（1）工作原理燃料电池将燃料氧化反应所释放的化学能直接转化为电能与一般电池不同的是,在燃料电池中燃料及氧化剂(空气与氧气)可以连续不断地供给电池,反应产物可以连续不断地从电池排出,同时
2、连续不断地输出电能和热能。燃料电池可视为一种特殊的发电装置。(-)Re∣electrolyte∣Ox(+)(+)氧化剂氧（空气），过氧化氢(-)H2肼，烃electrolytes:KOH,H3PO3,membranes不同燃料电池的基本反应都是燃烧反应e.g.(-)H2∣electrolyte∣O2(+)(-)H22H++2e(+)O2+4H++4e2H2O2H2+O22H2O(2)燃料电池的特点A能量转化效率高在燃料电池中,燃料不是被燃烧变为热能,而是直接发电,不受卡诺热机效率的限制理论上能量转化效率在90%以上,实际效率
3、可望在80%以上理论转换效率：实际转换效率B比能量和比功率高封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换,比能量不会随时间变化,但是燃料电池由于不断补充燃料,随着时间延长,其输出能量也越多C污染小D可靠性高电池组合是模块结构,维修方便;处于额定功率以上过载运行时,它也能承受而效率变化不大;当负载有变化时,它的响应速度也快E适用能力强可以使用多种初级燃料,包括火力发电厂不宜使用的低质燃料设备占地面积小,建设工期短2燃料电池分类按燃料的类型可分为：1）直接型：直接燃料2）间接型：重整燃料（如天然气、煤等）3）再生型：产物再生为反应物直接型
4、和再生型燃料电池类似于一般的一次电池和二次电池按电解质的种类可分为碱性氢氧燃料电池(ＡＦＣ)磷酸盐型燃料电池(ＰＡＦＣ)固体氧化物型燃料电池(ＳＯＦＣ)熔融碳酸盐型燃料电池(ＭＣＦＣ)聚合物离子膜型燃料电池(ＰＥＭＦＣ)(1)碱性氢氧燃料电池(AFC,Alkalinefuelcell)20世纪50年代起美国就开始对碱性燃料电池进行研究,并在60年代中期成功地用于Apollo登月飞行优点在于除贵金属外,银、镍以及一些金属氧化物都可以作电极催化剂,它的阴极性能也比酸性体系要好,而且电池的结构材料也较便宜缺点在于对CO2和N2十分
5、敏感,故不适用于地面。目前ＡＦＣ主要用作短期飞船和航天飞机的电源(2)PAFC,phosphorousacidfuelcell采用H3PO4液体做电解质,工作温度180℃,使用Pt做催化剂特点:●发电效率在35～43%之间,热电联供时总效率为71～85%●洁净、对环境污染小,振动和噪声污染也很小●满负荷运行可达到40000h,电池的输出电压的降低不大于10%●装置紧凑,检修空间小,维修困难●PAFC电站可以使用各种气态或液态燃料,如天然气、液化石油气、甲醇、煤油、沼气等(3)SOFC,SolidoxidefuelcellSO
6、FC工作温度高达1000℃,反应速度快,不需要贵重金属做催化剂不存在电解质腐蚀金属问题碳氢化合物燃料可自动在燃料电池内部重整,燃料中杂质对电池的性能、寿命影响小燃料转换效率高,高温余热可很好利用主要问题：固体氧化物电解质所用的陶瓷材料脆性大,目前仍很难制造出大面积的固体电解质膜,这严重制约了建造大功率SOFC；电流密度小、电压降高、制造工艺复杂、成膜设备昂贵等(4)MCFC,MoltencarbonatefuelcellMCFC的电解质由LiCO3和K2CO3组成,工作温度在650℃左右,阴极、阳极电化学反应快,无需贵金属催
7、化剂。可以对天然气、煤炭气化燃料进行内部重整,直接加以利用。不需要复杂昂贵的外重整设备燃料转换效率高,余热利用效率也较高但MCFC在高温下长期工作时电解质损失造成的电池失效、隔板腐蚀对电池寿命的影响,以及镍电极缓慢溶解所造成的性能下降都是有待解决的课题(5)PEMFC,ProtonexchangemembranefuelcellPEMFC由若干单电池串联而成。单电池由表面涂有催化剂的多孔阳极、多孔阴极和置于其间的固体聚合物电解质构成。优点:工艺结构简单,开发投入相对较少可室温下快速起动投入运行不使用腐蚀性电解液,安全可靠按负
8、载要求,系统规模可大可小比功率高,特别适用于军用或民用的可移动电源及电动车辆发电时无噪声,而且红外信号很弱,在军事领域有着极其重要的用途目前在PEMFC研究中存在的主要技术关键:①Pt/C催化剂的制备制备Pt高度分散的电催化剂是减少Pt用量和降低电池成本的重要途径②电极、膜三合一制备工艺电
