燃料电池种类工作原理及结构.ppt

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1、燃料电池的概述燃料电池（fullCell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地直接转化为电能的电化学装置。燃料电池在原理和结构上和普通电池（battery）完全不同。燃料电池的活性物质是存储在电池之外，只要不断地供给燃料和氧化物就一直能发电，因而容量是无限的。而电池的容量是有限的，活性物质一旦消耗完，电池的寿命就终止。燃料电池的组成燃料电池是一个复杂的系统，由燃料和氧化剂供给系统，水管理系统，热管理系统以及控制系统等几个子系统组成。燃料电池工作原理燃料电池含有阳阴两个电极，分别充满电解液，而两个

2、电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由阳极进入供给燃料，氧气（或空气）由阴极进入电池。电池经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成氢质子（proton）与电子（electron），其中质子进入电解液中，被氧“吸引”到薄膜的另一边，电子经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子。这正是水的电解反应的逆过程，因此水是燃料电池唯一的排放物。利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，为一种"发电机"。燃料电池的组成和工作原理燃料电池的基本组成：阳极、阴极

3、、电解质和外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。图10－3燃料电池的基本单元燃料电池的分类一、燃料电池的分类1、按燃料电池的运行机理分。分为酸性燃料电池和碱性燃料电池2.按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质2.1碱性燃料电池（AFC）2.3磷酸燃料电池（PAFC）2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC）2.5固体氧化物燃料电池（SOFC）3.按燃料类型分。3.1氢燃料电池3.2甲烷燃料电池3.3甲醇燃料电池3.4乙醇燃料电池燃料电池的种类碱性燃料电池（AF

4、C）（alkalinefuelcell)磷酸型燃料电池(PAFC)(phosphorousacidfuelcell)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)(moltencarbonatefuelcell)质子交换膜燃料电池(PEMFC)(protonexchangemembranefuelcell)固体氧化物燃料电池(SOFC)(solidoxidefuelcell)2.1碱性燃料电池（AFC）2.1.1碱性染料电池简介碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。工作原理使用

5、的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，　　阳极反应：2H2+4OH-→4H2O+4e-　　阴极反应：O2+2H2O+4e-→4OH-　　总反应：O2+2H2→2H2O碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与

6、氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。阳极反应：2H2+4OH-→4H2O+4e-　　阴极反应：O2+2H2O+4e-→4OH-　　总反应：O2+2H2→2H2O图10－8碱性燃料电池的结构（自由电解质型）2.2磷酸燃料电池（PAFC）PAFC是一种以磷酸为电解质的燃料电池。PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂，浸有浓磷酸的SiC微孔膜作电解质，Pt/C作催化剂，工作温度200℃。磷酸燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）是以浓磷酸为电解质，以贵金属催化的气体扩散

7、电极为正、负电极的中温型燃料电池。可以在150～220℃工作。具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气压低和阳极催化剂不易被CO毒化等优点，是一种接近商品化的民用燃料电池。PAFC是目前单机发电量最大的一种燃料电池。PAFC的工作原理CH4+2H2O→4H2+CO2CH3OH+H2O→3H2+CO2阳极：H2→2H++2e-阴极反应：1/2O2+2H++2e-→H2O阳极反应：H2→2H++2e-阴极反应：1/2O2+2H++2e-→H2O总反应1/2O2+2H2→H2OPAFC的结构由多节单电池按压滤机方式组装构

8、成电池组。PAFC的工作温度一般为200℃左右，能量转化率约在40%，为保证电池工作稳定，必须连续地排除废热。2.3熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)MCFC属高温燃料电池，工作温度是650~700℃。与低温燃料电池相比，MCFC的本和效率很有竞争力，概括起来有四大优势：①在工作温度下，MCFC可以进行内部重整燃料，例如在阳极反应室进行甲烷的重反应，重整反应到所需热量由电池反应的余热提供；②MCFC的工