燃料电池课件.ppt

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1、Chapter9FuelCell9.1概述一、工作原理（workprinciple)反应物燃料（如H2)与氧化剂（如O2)发生电化学反应获得电能的装置1.Structureandreactionsworkingprincipleoffuelcell2.Contrastwithconventionalchemicalbatteries1）常规电池-储能装置2）燃料电池-能量转换装置3.contrastwithheatengine热机热力发电机：燃料—蒸汽—汽轮机—发电机—电能（40%）燃料—内燃机—发电

2、机—电能燃料电池：燃料—燃料电池—电能（40-60%）电池反应法拉第效率—副反应实际输出电压与可逆电势差—极化生成物为液态—相转变二、特点（Characteristics)1.不受卡诺循环限制，能量转换效率高；2.清洁能源；3.负载响应速度快；4.良好的建设、运行和维护特性，应用范围广阔；5.燃料来源广泛，副产物水和热可回收利用。不足：价格昂贵，高温时寿命和稳定性不理想，缺少完善的燃料供应体系燃料电池能量效率燃料电池低噪声图9-3燃料电池发电系统组成燃料预处理单元燃料电池单元直交流变换单元热量管理和控

3、制单元天然气甲醇重油蒸馏油生物质……富氢气体直流交流余热空气或纯氧三、FC系统（Fuelcellsystems)H2的来源1.电解水2.重整：用化石燃料及醇类等含氢化合物通过化学反应制备H2的过程。甲醇天然气、丙烷气、丁烷气汽油、煤油等石油制品3.煤炭气化4.从废气、垃圾、家畜粪便中提取甲烷进行重整四、分类（Classification）所用燃料：直接型，间接型，再生型工作温度：低温，中温，高温，超高温电解质类型：低中温型碱性燃料电池（AFC）磷酸燃料電池（PAFC）质子交换膜燃料电池（PEMFC）[

4、直接甲醇燃料电池（DMFC）]高温型熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）固态氧化物燃料电池（SOFC）(p182Table10-2)碱性燃料电池（AFC）稳定的氢氧化钾电解质主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水磷酸燃料电池（PAFC）使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。可用作公共汽车的动力，已有许多发电能力为0.2–20MW的工作装置被安装在世界各地，为医院，学校和小型电站提供动力。五、发展和应用（developmentandapplications)质子交换膜燃料电池（PEMFC）电解质

5、是一片薄的聚合物膜，例如聚全氟磺酸（poly[perfluorosulphonic]acid）Nafion膜，质子能够渗透但不导电。汽车和家庭应用的理想能源直接甲醇燃料电池（DMFC）-甲醇为燃料-适合车载和便携式设备熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)使用熔融的锂钾碳酸盐或锂钠碳酸盐作为电解质。当温度加热到650℃时，这种盐就会溶化.。较高的发电效率对于大规模的工业加工和发电气轮机则具有较大的吸引力。固态氧化物燃料电池（SOFC）使用诸如用氧化钇稳定的氧化锆等固态陶瓷电解质，而不用使用液体电解质。其工作温

6、度位于800-1000℃之间。可供工业界用来发电和取暖，同时也具有为车辆提供备用动力的潜力。美国加利福尼亚的燃料电池发电厂3CProductComputer,Communication,ConsumerElectronicProduct（计算机类、通讯类、消费类电子产品）温度系数9.2燃料电池热力学基础压力系数一、燃料电池电动势二、燃料电池效率电池实际效率电池理论效率：电流效率（法拉第效率）电压效率9.3燃料电电化学动力学基础一、燃料电池极化行为二、燃料电池反应机理1、氢的氧化机理2、甲醇的氧化机理3

7、、氧的还原机理1、氢气的阳极氧化其具体的反应机理可能有如下几种方式：在酸性溶液中：途径一途径二在碱性溶液中：途径一途径二2、甲醇的阳极氧化碳载Pt-Ru二元催化剂目前是直接甲醇燃料电池最成功的催化剂。其他一些添加金属如Sn、Os、W、Mo等也具有一定的催化活性。3、氧气还原二电子反应途径：一类是氧分子首先得到两个电子还原为H2O2，然后再进一步还原为水，常被称为“过氧化氢中间产物机理”。四电子反应途径：氧分子连续得到4个电子而直接还原为水（酸性电解质）或OH-（碱性电解质），常被称为“直接还原机理”。

8、还原过程复杂的原因⑴有4个电子参加反应，在反应历程中往往出现多种中间产物，因此，催化剂和反应条件不同，可以有不同的反应机理和控制步骤。⑵氧还原可逆性很差，氧还原反应的交换电流密度很小。因此，具有很高的过电势，氧的还原反应速率很低，杂质影响大。⑶氧电极反应的电势比较高，大多数金属在水溶液中不稳定，在电极表面容易出现氧和各种含氧粒子的吸附，甚至生成氧化膜，使电极表面状态改变，导致反应历程更为复杂。三、三相多孔电极气体向电极表面输送过程：（1）气体溶解（2）气