燃料电池的原理和应用-PoweredBySiteEngine.pdfVIP

燃料电池的原理和应用 吕咏萱 王 悦 高夏迪 覃 覃 选题目的 燃料电池的一个重要的特点，是可以长时间不间断地工作。这一特点，使燃料电池兼 具普通化学电源能量转换效率高和常规发电机组连续工作时间长的两种优势。身处二十一世 纪，鉴于人们对耗竭现有库存自然资源的担心，以及愈来愈多的人意识到大量焚烧矿物燃料 对环境的破坏，必将促使燃料电池在移动和静态能源的应用。19 世纪所发现的这种科学上 的奇特现象终将成为人们未来可利用的新能源。 燃料电池的基本原理及种类 燃料电池的组成 燃料电池是一个电化学系统。它将化学能直接转化为电能且废物排放量很低。燃料电 池由4 个主要部分组成： (1)电极。为多孔结构，可由具有电化学催化活性的材料制成，也可以只作为电化学反应的 载体和反应电流的传导体。 (2)电解质。通常为固态或液态，但也有关于NH 气氛中 NH Cl 电解质的研究。电解质的状 3 4 态取决于电池的使用条件。 (3)燃料。可以是气态(氢气等)或液态(甲醇等)，在极少数情况下也可以是固态(碳)。燃料 的状态可以由电池的工作状态和运行价格决定。 (4)氧化剂。选择比较方便，纯氧、空气或卤素都可以胜任，而空气是最便宜的。 燃料电池的特点 可长时间不间断地工作——这使燃料电池兼具普通化学电源能量转换效率高和常规 发电机组连续工作时间长的两种优势。 高效——它不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，其能量转化效率在40-60%；如果 实现热电联供，燃料的总利用率可高达80%以上。 环境友好——以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应物仅为水；以富氢气体为燃料时， 其二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。 安静——燃料电池运动部件很少，工作时安静，噪声很低。 可靠性高——碱性燃料电池和磷酸燃料电池的运行均证明燃料电池的运行高度可靠， 可作为各种应急电源和不间断电源使用。 38 燃料电池的种类及其工作原理 燃料电池 温 电解质 导电 燃料 氧化剂 催化 电 技术状态 应用 名称 度 离子 剂 效 率 质子交换 低 全氟磺酸 H+ 氢或净 空气或 Pt/C 43- 高度发展， 电动汽车， 膜 型固体聚 化重整 纯氧 或 58% 需降低成 潜艇推动， PEMFC 合物 气 Pt-Ru 本 可移动动 SPFC /C 力源 碱性AFC 低 氢氧化钾 OH- A 型：纯 A 型：纯 多种 60- 高度发展， 航天，特殊 溶液 氢 氧 90% 高效 地面应用 B 型：N H B 型：空 2 4 分解气 气 磷酸PAFC 中 浸有浓 H+ 天然气 空气 Pt/C 37- 高度发展， 特殊需求， H PO 的SiC 重整气 42% 成本高，余 区域性供 3 4