燃料电池技术及应用 (2).ppt

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燃料电池技术及应用 (2) 燃料电池技术及应用 引言 燃料电池的发明 各种燃料电池的技术 燃料电池的应用 引言 1854年美国打出了世界上第一口油井,曾在数千年的人类史中闪烁着零星火光的黑色液体,终于点燃了的石油工业。仅仅一百年之后,由石油和煤支撑起的现代文明社会,已经清楚地察觉文明之下的危机:地球历经千万年乃至上亿年历史累积而成的宝藏,在这样的消耗速度下将会迅速枯竭,大气污染和酸雨等环境问题也困扰着人们。“能源革命”的呼声从20世纪60年代起就日渐高涨,而那正是石油消费量超过煤炭、成为新一代主体能源的时候。 时至今日,世界经济大体上仍然是化石燃料依赖型的,石油、煤和天然气占世界初级能源消费总量的85%左右,剩下的部分主要是水电和核电,真正的可再生清洁能源如风能、太阳能等所占比例不到3%。世界能源需求仍在以1.5%~2%的年率增长,而地质学家预测说,石油和天然气价格将大幅度上升,再也不会回落。如果到时候还没有找到真正能够取代石油的新能源,必将出现大面积的经济恐慌,许多国家正为此不断付出政治和资金上的代价。例如美国对伊拉克的战争实际上是为了它的石油 ,导致萨达姆的下台。 燃料电池的优点 ?由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能,因此,它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化,可以避免中间的转换的损失,达到很高的发电效率。同时还有以下一些特点: 不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率; 不管装置规模大小均能保持高发电效率; 具有很强的过负载能力; 通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛; 用天然气和煤气等为燃料时,NOX及SOX等排出量少,环境相容性优。 燃料电池的发明 早在1839年,英国科学家威廉·格罗夫就提出了氢氧燃料电池的原理。这是一种将化学能直接转换为电能的化学系统,它的主要部件为两个电极和电解液。在正极(燃料电极),氢气在催化剂作用下被拆开成为质子(氢离子)和电子,其中氢离子通过电解液流到负极(氧气电极),而电子不能通过电解液,留在正极,这样就在两极之间形成了电位差。如果接通两极,氢原子分拆出的电子就会沿电路从正极流到负极,在那里同氢离子结合后,与氧气发生反应,生成水并释放出热量。虽然称为燃料电池,其运作过程中并不会产生明火。产生电能的过程也不需要旋转式发动机等运动部件。因此燃料电池构造简单,能量利用率高,噪音小而且稳定。理论上,应用于汽车的燃料电池可以把氢燃料能量的60~70%转化为动能,而内燃机只能达到20~25%。 燃料电池的种类 直接甲醇燃料电池 氢氧燃料电池 固体氧化物燃料电池 一 直接甲醇燃料电池 直接甲醇燃料电池——简称DMFC(DirectMethanolFuelCell)。它是以甲醇为燃料,通过与氧结合产生电流的,优点是直接使用甲醇,省去了氢的生产与存储。 其电化学转化过程又可分为两种方式,一种是直接燃料电池,另一种是间接燃料电池。直接燃料电池主要是甲醇在阳极被电解为氢和二氧化碳,氢通过质子膜到阴极与氧气反应并同时产生电流。间接燃料电池是先将甲醇进行炼解或重整得到氢,然后再由氢和氧通过质子膜电解槽反应而获得供给汽车动力的电能。图为世界最小的甲醇燃料电池。 直接甲醇燃料电池 世界最小的甲醇燃料电池 燃料电池理燃料电池 日本则武公司的产品在改进后,达到了160mW/cm2的高功率密度,性能约为原来的1.5倍。据分析,之所以能达到如此高的性能,主要原因在于使用了有机物和无机物的混合技术来制作电解质材料,从而大大减少了甲醇透过电解质膜的“甲醇渗透”现象,并提高了电解质膜的形状稳定性。则武公司从事燃料直接使用液态甲醇的DMFC电解质膜的开发,由于DMFC具有无需燃料改质器、可在低温下工作等优点 这种燃料电池以甲醇为能量来源。 这种燃料电池以甲醇为能量来源,手机,笔记本电脑将不再用充电。 二 氢氧燃料电池 在酸性溶液中   负极:H2+2H2O-2e→2H3O+              (8-1)   在碱性溶液中     负极:H2+2OH--2e→2H2O               (8-3)     因此,无论采用酸性还是碱性电解液,氢氧燃料电池的总反应可表示为: 2H2+O2---H2O    这一反应的实质是氢的燃烧反应,氢是一种燃料,而氧则是一种氧化剂。所以,在燃料电池中,负极上进行燃料的氧化过程,而正极上进行氧化剂的还原过程。燃料电池的负极常常又被称作“燃料电极”,它是燃料电池的主要工作电极,正极又被称作“氧化剂电极”,燃料电池中常用的氧化剂是空气中的氧。 在燃料极中,供给的燃料气体中的H2 分解成H+ 和e- ,H+ 移动到电解质中与空气极侧供给的O2发生反应。e-

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