工业催化燃料电池讲解.ppt

燃料电池 柯 涛 张志鹏 施民辉 刘 春 中国在2008 年北京奥运会上成功组织和进行了23 辆燃料电池汽车的示范，2010 年上海世博会则投入近200 辆燃料电池车辆作为观光和服务用车。 燃料电池定义 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。燃料电池与常规电池的区别在于，它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。 燃料电池优点　　　　　　　　　　　 1）由于输出功率单位由堆的输出功率定，故机组容量具有自由度；部分负荷时也能保持高的效率； 2）通过与燃料供给装置的组合，可适用范围的燃料； 3） 没有尺寸效应，很小的燃料电池仍具有和大尺寸相仿的效率； 燃料电池优点 4)转换效率高，可达60% ； 5)没有运转部件，噪音小； 6)NOx及SOx等的排出量少，有利环保,若以氢为燃料，排放是水，电池部分可实现“零排放”． 燃料电池的缺点 燃料电池的劣势主要是价格和技术上存在一些瓶颈 1.燃料电池造价偏高： 车用PEMFC之成本中质子交换隔膜约占成本的35%;铂触媒约占40%，二者均为高贵材料。  2.反应/启动性能 ： 燃料电池的启动速度尚不及内燃机引擎。反应性可藉增加电极活性、提高操作温度及反应控制参数来达到，但提高稳定性则必须避免副反应的发生。反应性与稳定性常是鱼与熊掌不可兼得。 3.碳氢燃料无法直接利用： 除甲醇外，其它的碳氢化合物燃料均需经过转化器、一氧化碳氧化器处理产生纯氢气后，方可供现今的燃料电池利用。这些设备亦增加燃料电池系统之投资额。 4.氢燃料基础建设不足： 氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全世界充氢站仅约70站，仍值示范推广阶段。此外，加气时间颇长，约需时5分钟，尚跟不上工商时代的步伐。 5.氢气储存技术： 目前FCV的氢燃料是以压缩氢气为主，车体的载运量因而受限，每次充填量仅约2.5~3.5公斤，尚不足以满足现今汽车单程可跑480~650公里的续航力。以-253℃保持氢的液态氢系统虽已测试成功，但却有重大的缺陷：约有1/3的电能必须用来维持槽体的低温，使氢维持于液态，且从隙缝蒸发而流失的氢气约为总存量的5％ 电极反应 由两个电极（正极和负极）组成的电化学电池有一总反应式，即 A氧化1+B还原1——C还原2+D氧化2 ＦＣ中的负极反应或为H2直接氧化，或为甲醇氧化。间接氧化是通过一重整步骤发生的。正极反应总是还原，在绝大多数情况下，氧来自于空气。 燃料电池的工作原理 燃料电池通过氧与氢结合成水的简单电化学反应而发电。燃料电池的基本组成有：电极、电解质、燃料和催化剂。二个电极被一个位于这它们之间的、携带有充电电荷的固态或液态电解质分开。在电极上，催化剂，例如白金，常用来加速电化学反应。 下图为燃料电池基本原理示意图。 H2—O2燃料电池 各种类型燃料电池的比较 燃料电池在移动装置上的应用： 燃料电池在空间领域的应用： 燃料电池在军事上的应用： 燃料电池可以以多种形态为绝大多数军事装置，从战场上的移动手提装备到海陆运输提供动力。　　在军事上，微型燃料电池要比普通的固体电池具有更大的优越性，其增长的使用时间就意味着在战场上勿需麻烦的备品供应。此外，对于燃料电池而言，添加燃料也是轻而易举的事情。　　同样，燃料电池的运输效能能极大地减少活动过程中所需的燃料用量，在进行下一次加油之前，车辆可以行驶得更远，或在遥远的地区活动更长的时间。这样，战地所需的支持车辆、人员和装备的数量便可以显著的减少。 自20世纪80年代以来，美国海军就使用燃料电池为其深海探索的船只和无人潜艇提供动力。 燃料电池在居民家庭中的应用： 燃料电池在运输上的应用： 燃料电池汽车 燃料电池汽车是由电池和燃料电池提供动力的电力车辆。燃料电池把氢气和氧气转化成电能，它所产生的副产品只有水和热。它摒弃了复杂的变速箱等动力传动装置，4台由燃料电池驱动的电机直接同车轮相连推动汽车行走。燃料电池车的基本结构如右图所示 燃料电池的能量密度理论上可为锂离子电池的五至十倍以上，目前技术上已可达三至五倍；此外，燃料电池无须电源、稳压器充电，完全摆脱充电的负担与限制，取而代之的补充供电燃料仅需数秒钟时间，为使用者提供极大的方便。 因此，对微小型燃料电池而言，庞大的市场诱因和特性优势，势必大幅加速相关技术的成熟发展。 燃料电池种类繁多，最适合可携式微小型系统者，包括质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell；PEMFC）