新能源汽车汽车认知与应用 吴荣辉 全套配套课件PPT模块三 燃料电池与其他能源动力汽车 单元一 燃料电池汽车结构.ppt

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1、《新能源汽车认知与应用》单元一燃料电池汽车结构建议课时：2学时教学目标专业能力1、能够描述燃料电池的应用；2、能够描述燃料电池的类型与工作原理；3、能够描述燃料电池汽车的结构与工作原理；4、能够描述典型的燃料电池汽车的特点。应用能力1、养成做事细心、严谨的作风；2、提高合作意识和创新精神；3、养成良好的安全意识、责任意识、6S管理意识，注重节约、节能和环保。学习目录1燃料电池的应用2燃料电池的类型与工作原理3燃料电池汽车的结构与工作原理4典型的燃料电池汽车介绍燃料电池的应用1.氢能源与燃料电池氢在地球上属于最丰富的元素之一，但是它不能以其自然形式存在，例如在大气中，氢是和氧共同作

2、用形成水存在的。在很多自然界的矿物中也能找到氢，例如天然气、煤、石油等。要把氢存储起来用作燃料，必须进行一系列工序把这些物质分离出来。学习内容氢存在的形式燃料电池就是氢动力电池，氢是一种优质燃料，与等量的化石燃料相比，它的比能非常高。1kg氢的能量是1kg汽油能量的3倍。燃料电池是一种把氢氧化学能转化成电能的电化学装置。学习内容典型燃料电池外观燃料电池的应用2.燃料电池的优点燃料电池产生电能，并且由于氢和氧提供电能给燃料电池，所以燃料电池本身不会产生任何碳排放，排放的只有水和热量。燃料电池的能量也比一般内燃机更高，由内燃机提供动力的车辆效率只有15%~20%，而燃料电池汽车的效率

3、能达到40%以上。此外，如果利用燃料电池作为汽车动力来源，其运动部件非常少，稳定性更强。学习内容燃料电池的应用3.燃料电池堆单个燃料电池本身没有多少用途，因为它产生的电动势小于1V。运用在汽车上的燃料电池通常是把数百个燃料电池组合在一起做成一个燃料电池堆。在这种布置中，燃料电池串联在一起，这样的电池堆的总电压是每个单电池电压的总和。学习内容汽车用燃料电池堆由数百个单电池串联而成燃料电池的应用4.燃料电池应用于汽车存在的问题虽然目前很多汽车制造商开始设计和研发燃料电池汽车，并致力于提高燃料电池系统的设计，但是没有一款由燃料电池提供动力的汽车能够大规模生产。原因包括有成本高、缺少加燃

4、料的基础设施，安全保障、汽车续航里程不足，以及不能够经久耐用和冷起动问题都影响和制约了燃料电池汽车的发展。学习内容燃料电池的应用1.燃料电池类型燃料电池的类型很多，主要的区别在于所用的电解质种类不同。有些电解质常温下运行效果很好，而有些需要在温度高达900℃的情况下才能正常工作。学习内容燃料电池的类型与工作原理常见的燃料电池类型PAFC磷酸燃料电池PEM质子交换膜燃料电池MCFC熔融碳酸盐燃料电池SOFC固态氧化物燃料电池电解质磷酸磺酸聚合物锂、钾碳酸盐稳态钇氧化锆燃料天燃气、氢天燃气、氢天燃气、合成气天燃气、合成气工作温度182~210℃80~100℃593~704℃649~1

5、815℃电效率40%30~40%43~44%50~60%制造商ONSI公司艾维斯塔、PP公司等IHI、日立、西门子霍尼韦尔公司应用固定电源汽车、移动电源工业及公共电源固定电源2.质子交换膜燃料电池的工作原理最合适汽车使用的燃料电池是质子交换膜电池，也称为PEM电池。质子交换膜燃料电池发电过程不涉及氢氧燃烧，能量转换率高，发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪声。在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。因此，质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作

6、用，其性能的好坏，直接影响电池的使用寿命。学习内容燃料电池的类型与工作原理在原理上，质子交换膜燃料电池相当于电解水的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和含催化剂涂层的质子交换膜构成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时，相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。学习内容PEM电池工作原理示意图燃料电池的类型与工作原理氢气直接被输送到负极，氧气直接被输送到正极。氢以分子的形式被输送至负极，在有催化剂的情况下氢气被分解成H+离子（质子）。通过外电路输送氢原子的电子（e-）产生用于进行工作的电。

7、然后，这些相同的电子被送到正极，通过膜返回的H+离子在有催化剂的情况下，在正极与氧发生化学反应产生水和热量。学习内容燃料电池的类型与工作原理3.甲醇燃料电池由于采用氢作为燃料电池燃料时，存储氢需要使用高压气缸的成本和安全性均不是很理想，因此另一种改进的PEM燃料电池方法是用液态甲醇替代氢气。学习内容甲醇燃料电池用甲醇取代了氢气作为燃料燃料电池的类型与工作原理制造甲醇最常用的方法是用天燃气合成甲醇，它比气态氢的能量密度更高，因为常温下它以液态形式存在，无需使用压缩机或其他高压设备。