当代能源化学-燃料电池.pptxVIP

当代能源化学当代能源化学6燃料电池燃料电池当代能源化学?燃料电池：是一种能够持续的通过发生在阳极 和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的 能量转换装置。?燃料电池：从外表上看有正负极和电解质等， 像一个蓄电池，但实际上它不能“储电”，而 是一个“发电厂”。?燃料电池：工作时需要连续不断地向电池内输 入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就 会不断提供电能。燃料电池当代能源化学燃料电池的分类 按电解质种类分类? 碱性燃料电池 (AFC, Alkaline Fuel Cell)? 磷酸燃料电池 (PAFC, PhosphoricAcid Fuel Cell)? 熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)? 固体氧化物燃料电池 (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)? 质子交换膜燃料电池 (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 按燃料类型分类? 氢燃料电池? 直接甲醇燃料电池 (DMFC, Direct Methanol Fuel Cell)? 直接甲酸燃料电池 (DFAFC, Direct FormicAcid Fuel Cell)? ……??燃料电池当代能源化学燃料电池的工作原理燃料氧化剂导电离子燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃阳极阴极电解料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流质向阴极构成电回路，产生电流。燃料电池当代能源化学各种燃料电池的工作原理 碱性燃料电池质子交换膜燃料电池 直接甲醇燃料电池 磷酸燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池 固体氧化物燃料电池燃料电池当代能源化学氢燃料电池酸性O2H2 ?阳极反应：H2 → 2H+ + 2e-阳阴极极电?阴极反应：解质1/2 O2 + 2H+ + 2e- → H2O?总反应： H2 + 1/2 O2 → H2O燃料电池当代能源化学氢燃料电池碱性O2H2 ?阳极反应：H2 + 2OH- → 2H2O + 2e-阳阴极极电?阴极反应：解质1/2 O2 + H2O + 2e- → 2OH-?总反应： H2 + 1/2 O2 → H2O燃料电池当代能源化学直接甲醇燃料电池(DMFC) PEM: Proton-Exchange Membrane AEM: Anion-Exchange Membrane燃料电池当代能源化学质子交换膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)?阳极反应：CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-?阴极反应：3/2 O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O?总反应：CH3OH + 3/2 O2 → 2H2O + CO2燃料电池当代能源化学碱性阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)?阳极反应：CH3OH + 6OH- → CO2 + 5H2O + 6e-?阴极反应：3/2 O2 + 3H2O + 6e- → 6OH-?总反应：CH3OH + 3/2 O2 → 2H2O + CO2燃料电池当代能源化学燃料电池的关键电极过程燃料氧化剂导电离子 电 解 质阳极阴极燃料氧化氧还原燃料电池当代能源化学 燃料电池 电催化剂 Pt基催化剂Pt, Pt/C, Pt-based alloys, etc Pd基催化剂Pd, Pd/C, Pd-based alloys, etc …… 碳材料N, P, B-Doped Carbon, etc 过渡金属氧化物Co3O4, Mn3O4, MnCo2O4, etc …… 贵金属 催化剂非贵金属 催化剂燃料电池当代能源化学例1石墨烯负载Pt3Sn纳米晶：甲醇还原 Zhang, H. et al. CrystEngComm 2012, 14, 7137 燃料电池当代能源化学 0.16Amg-2 电流密度：Pt3Sn/graphene高于Pt/C催化剂0.07Amg-20.5 M H2SO4 + 1 M CH3OHCH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-燃料电池当代能源化学稳定性：Pt3Sn/graphene高于Pt/C催化剂燃料电池当代能源化学例2氮掺杂石墨烯负载Co3O4纳米晶：氧还原 Liang, Y. et al. Nat. Mater. 2011, 10, 780 燃料电池当代能源化学电流密度：Co3O4/N-rmGO接近Pt/C催化剂 O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-12.3 mAcm-252.6 mAcm-268.0 mAcm-2燃料电池当代能源化学稳定性：Co3O4/N-rmGO远高于Pt/C催化剂