燃料电池的分类及发展概述(PPT 65页).ppt

燃料电池的分类及发展 1 2 燃料电池的基本原理 燃料电池的特点 燃料电池的能量转换效率高，不受卡诺效率限制。 清洁、环保。燃料电池不需要锅炉、汽轮机等大型设备、没有SO x、NO x气体和固体粉尘的排放。 可靠性和操作性良好，噪声低。 所用燃料广泛，占地面积小，建厂具有很大灵活性。 3 燃料电池的组成和工作原理 燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。 图10－3 燃料电池的基本单元 4 燃料电池的工作原理（以氢氧磷酸型电池为例） （1）氢气在阳极催化剂的作用下，发生下列阳极反应： （2）氢离子穿过电解质到达阴极。电子则通过外电路及负 载也达到阴极。在阴极催化剂的作用下，生成水反应式为： （3）综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为： 伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。 5 燃料电池中的催化作用 燃料电池中的电催化作用是用来加速燃料电池化学反应中电荷转移的一种作用，一般发生在电极与电解质的分界面上。 催化剂是一类可产生电催化作用的物质。电催化剂可以分别用于催化阳极和阴极反应。这种分离的催化特征，使得人们可以更好地优选不同的催化剂。 *评价催化剂的主要技术指标为稳定性、电催化活性、电 导率和经济性。 6 燃料电池的分类 一、燃料电池的分类 1、按燃料电池的运行机理分。 分为酸性燃料电池和碱性燃料电池 2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质 2.1碱性燃料电池（AFC）、 2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC） 2.3磷酸燃料电池（PAFC）、 2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、 2.5固体氧化物燃料电池（SOFC）、 3. 按燃料类型分。 3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池  7 燃料电池可依据其工作温度、所用燃料的种类和电解质类型进行分类。按照工作温度，燃料电池可分为高、中、低温型三类。按燃料来源，燃料电池可分为直接式燃料电池(如直接甲醇燃料电池)，间接式燃料电池(如甲醇通过重整器产生氢气，然后以氢气为燃料电池的燃料)和再生类型进行分类。依据电解质的不同，可将燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。 8 9 2.1碱性燃料电池（AFC） 2.1.1 碱性染料电池简介 碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。 　　 　　负极反应： 　　正极反应： 　　碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。 如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常铭感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。 10 图10－8 碱性燃料电池的结构（自由电解质型） 11 2．1．2 AFC的优点是： ①效率高，因为氧在碱性介质中的还原反应比其他酸性介质高； ②因为是碱性介质，可以用非铂催化剂； ③ 因工作温度低，碱性介质，所以可以采用镍板做双极板。 2．1.3 AFC的缺点是： ①因为电解质为碱性，易与CO2生成K2CO3、Na2CO3沉淀，严重影响电池性能，所以必须除去CO2，这给其在常规环境中应用带来很大的困难。 ②电池的水平衡问题很复杂，影响电池的稳定性。 12 2.1.4、碱性染料电池的发展现状 碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，碱性燃料电池）是最早开发并获得成功的燃料电池，早在20世纪60年代就被用于宇宙飞船和登月飞行。碱性燃料电池采用KOH等碱性溶液为电解质，用H2或NH3、N2H2裂解的H2为燃料，空气或O2为氧化剂，使用贵金属（如Pt、Ag等）和过渡金属（如Ni等）或者由它们组成的合金等作为催化剂。碱性燃料电池具有稳定、耐久等优点，具有较高的电效率（60%～90%），迄今为止，它仍是最适合于太空使用的燃料电池。 碱性燃料电池分为中温（工作温度约为523K）和低温（工作温度低于373K）两种。中温碱性燃料电池被用于航天飞行和太空项目上的电源，经过几十年的使用，被证明为安全可靠的太空电源；低温碱性燃