燃料电池-2全解.ppt

H2 crossover rate is about 50 mA (0.8 mA/cm2) at H2=1atm for a regular WUT CS8 MEA PtH desorption current A Regular WUT CS-8 Cell (60 cm2) #7 #9 #8 H2 Crossover I – damaged cells A regular cell (60 cm2) H2X I is about 40-60 mA at P (H2) = 1atm. H2 crossover is a diffusion limited process. It should be independent on electrode potential. Cell #7 short ( with slope) Cell #9 leak (parallel move up) Damages on Electrode Pt/C and Membrane Diagnosis Failure Mechanism – membrane leak Leak Leak short Distinguish Pt and membrane H2X I – the effects of hydrogen pressure H2 P = 6 psi H2 P = 0 psi (1 atm) H2 P = 0 psi (stop H2 flow for 1 hour) Diagnosis Failure Mechanism – V-reversing Normal anode #2 anode V-reversed Distinguish cathode and anode Why does a cell voltage reverse? + _ V + _ load + _ 正常 反极 当一个电池无氢, 此电池电极反向变成电解池, 电位等于其它电池电位总和 燃料电池 Fuel Cells 燃料电池与电池（Fuel cells and batteries) 概念兴起于1839年，真正的推动源于1970s的两个方面： 1. 美国NASA（National aeronaustics and Space Agency)1950年采用燃料电池 作为航空辅助电源 2. 1997年德国Daimler-Benz决定了燃料电池汽车项目的启动 燃料电池与二次电池的本质区别 燃料电池：能量的转换与产生装置 二次电池：通过充电将电能储存然后释放的装置（能量储存装置） 主要问题 燃料电池于1839年发明，至今历经170多年仍未获得广泛商业化（根据美国自然科学基金会的报告，科学技术从概念产生到商业化的平均年限为75年） 交换电流密度和极限电流密度控制了燃料电池的效率(质子交换膜：阴极交换电流10-10Acm-2,阳极，10-3Acm-2）。平板电极极限电流可以实现的功率1mwcm-2, 多孔电极可将极限电流增大100~1000倍（由于薄液层的产生0.001cm) 各类燃料电池应用 碱性：纯氢+纯氧 磷酸型：20oC的高温获得的热量可以推动重整器产氢（天然气重整） 高温（固体氧化物）：固定电站，由于高温可以实现高交换电流密度，因此实现低极化（Tafel公式），获得高达70%以上的转换效率 质子交换膜（汽车等） 燃料电池（Fuel Cell，FC）是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置（如图1.1所示）。从理论上讲，只要连续地供给燃料，燃料电池便能持续发电。由于不受卡诺循环的限制，目前燃料电池实际能量转换效率可达50%以上，如果将余热利用也计算在内，总效率可达80%，优于常规发电和其它化学电源。燃料电池的燃料可采用H2、NH3、N2H4、醇、醛等碳氢化合物或其经重整后富含H2的重整气，氧化剂一般可采用纯O2或空气。 燃料电池的分类 燃料电池的分类方法有很多种，其中按反应物和电解质的不同进行分类的方 法比较常用。依据反应物的不同，燃料电池可分为氢氧、氢空、直接甲醇以及直 接碳等燃料电池；依据电解质的不同（表1.1），燃料电池可分为：碱性燃料电池 （Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸型燃料电池（PhosphoricAcid Fuel Cell，PAFC）、 熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）、固体氧化物燃料电 池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）和质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）。 燃料电池的分类 燃料电池的分类方法有很多种，其中按反应物和电解质的不同进行分类