燃料电池工作原理、分类及组成.pptx

二、质子交换膜燃料电池;各种燃料电池工作原理图;PEMFC;;甲醇氧化的可能步骤; ;1）以气态甲醇和水蒸汽为燃料 由于在常压下水的饱和温度为1000C，所以这种DMFC工作温度要高于1000C。 目前交换膜的质子传导性都与液态水含量有关，因此，当电池工作温度超过1000C时，反应气的工作压力要高于大气压，这样电池系统就会变得很复杂。 至今尚没有开发出能够在150-2000C下稳定工作，且不需液态水存在的交换膜。 因此，这种DMFC目前研究的很少。; ; ; 2）燃料甲醇通过浓差扩散和电迁移由膜的阳极侧迁移至阴极侧(甲醇渗透，Crossover)，在阴极电位与Pt/C或Pt电催化剂作用下发生电化学氧化，并与氧的电化学还原构成短路电池，在阴极产生混合电位。 甲醇经膜的这一渗透，不但导致氧电极产生混合电位，降低DMFC的开路电压，而且增加氧阴极极化和降低电池的电流效率。;不同浓度下和负荷???件下甲醇渗透的变化;DMFC与PEMFC不同点 1）由甲醇阳极氧化电化学方程可知，当甲醇阳极氧化时，不但产生H+与电子，而且还产生气体CO2，因此尽管反应物CH30H与H20均为液体，仍要求电极具有憎水孔。而且由水电解工业经验可知，对析气电极，尤其是采用多孔气体扩散电极这类立体电极时，电极构成材料(Pt/C电催化剂)极易在析出的反应气作用下导致脱落、损失，进而影响电池寿命。 因此与PEMFC相比，在DMFC阳极结构与制备工艺优化时，必须考虑CO2析出这一特殊因素。;2）当采用甲醇水溶液作燃料时，由于阳极室充满了液态水，DMFC质子交换膜阳极侧会始终保持在良好的水饱和状态下。; ;正因为如此，在至今评价DMFC时，阴极氧化剂(如空气中氧)的利用率均很低，其目的是增加阴极流场内氧化剂的流动线速度，以利于向催化层的传质和水的排出，但这势必增加DMFC电池系统的内耗，这是研究高效大功率DMFC电池系统时必须解决的技术问题。; ;因此，在制备DMFC的MEA时，与PEMPC的MEA相比，要改进结构与工艺，增加MEA的电极与膜之间的结合力，防止MEA在电池长时间工作时膜与电极分离、增加欧姆极化，大幅度降低电池性能，严重时导致电池失效。;;PAFC的工作原理;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，空气做氧化剂，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℃。PAFC产生的直流电经过直交变换后以交流电的形式供给用户。 PAFC是目前单机发电量最大的一种燃料电池。50-200kW功率的PAFC可供现场应用，1000kW功率以上的PAFC可应用于区域性电站。目前在美国、加拿大、欧洲和日本建立的大于200kW的PAFC的电站已运行多年，4500kW和11000kW的电站也开始运行。 PAFC的主要技术突破是采用炭黑和石墨作电池的结构材料。至今还未发现除炭材外的任何一种材料不但具有高的电导，而且在酸性条件下具有高的抗腐蚀能力和低费用。因此可以说，采用非炭材、制备费用合理的酸性燃料电池是不可能的。;电解质材料 ;隔膜材料 ;PAFC结构;PAFC系统;;碱性燃料电池;碱性燃料电池(AFC)是燃料电池系统中最早开发并获得成功应用的一种。 美国阿波罗登月宇宙飞船及航天飞机上即采用碱性燃料电池作为动力电源。 实际飞行结果表明，AFC作为宇宙探测飞行等特殊用途的动力电源已经达到了实用化阶段。;在过去相当长的一段时期内，AFC系统的研究范围涉及不同温度、燃料等各种情况下的电池结构、材料与电性能等。 根据电池工作温度不同，AFC系统可分为中温型与低温型两种。 前者以培根中温燃料电池为代表，它由英国培根(F．T．Bacon)研制，工作温度约为523K，阿波罗登月飞船上使用的AFC系统就属于这一类型。;低温型APC系统的工作温度低于373K，是现在AFC系统研究与开发的重点。 其应用目标是便携式电源及交通工具用动力电源。;在燃料电池系统中采用液体燃料是吸引各种商业用户的有效途径之一。 因为液体燃料储运方便，易处置。曾经考虑用作AFC系统的液体燃料有阱（N2H4）、液氨、甲醇和烃类。 由于AFC系统通常以KOH溶液作为电解质，KOH与某些燃料可能产生的化学反应使得AFC几乎不能使用液体燃料。;液体燃料在进入AFC电池堆之前必须进行预处理。阱（N2H4）在AFC阳极上易分解成氢气和氯气，其电极反应可能是：;阱在AFC阳极表面分解的同时还可能产生对电极性能有害的氨。 在阱电池中，电解液是连续循环的，并在循环过程中添加水合阱使浓度大体上维持恒定，这种循环也有助于除去电池工作中产生的氮气。 排出的氮气中会带一些阱蒸汽，由于阱有毒且易爆，故须使废气通过乙醛或硫酸以除去其中的阱。电池反应产生的水也大部分随氮气一起排出。;电池的氧化剂曾采用纯氧、