燃料电池昨天天明天.ppt

什么是燃料电池 ◆燃料电池是一种化学电池,它利用物质 发生化学反应时释出的能量,直接将其 变换为电能。从这一点看,它和其他化 学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似 的。但是,它工作时需要连续地向其供 给活物质(起反应的物质)--燃料和氧化 剂,这又和其他普通化学电池不大一样。 由于它是把燃料通过化学反应释出的能 量变为电能输出,所以被称为燃料电池 工作原理 ◆燃料电池是利用水的电解的逆反应的发电机 工作时向负极供给燃料(氢),向正极供给氧 化剂(空气)。氢在负极分解成正离子H+和电 子e-。氢离子进入电解液中,而电子则沿外部 电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中 在正极上,空气中的氧同电解液中的氢离子吸 收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解 反应的逆过程 ◆利用这个原理,燃料电池便可在工作时源源不 断地向外部输电,所以也可称它为一种发电 机 现今燃料电池的分类 低温燃料电池(60120℃) 温燃料电池高温燃科电池(6001000℃) (160-220℃) AFC PEMFC:或 SPFC PAFC MCFC SOFC 碱性燃料电池质子交换或固磷酸燃料电池「熔融碳酸燃料|固态氧燃料电 体聚合物燃料 特性 无污染,电效率高污染排放在很低污染,低噪有效利用能源,有效利用能源 不适合于工业应音,固体电解质电的三倍费部气体,腐部气体配置,腐 适合于大规模用,随着连蚀性电解液蚀性电解液对 产,与常规技续运行电效率 材料的要求非 术相比很贵 常苛刻 电解体 氢氧化钾溶液质子可渗透膜磷酸 锂和碳酸钾 固体院瓷体 燃料 纯氢 氢,甲醇天然天然气,氢天然气.煤气天然气.煤气 氧化剂 纯氧 大气中的氧气大气中的氧气大气中的氧气大气中的氧气 系统的电效率60-90% 43-58% 37-42% % 50-65% 已有技术 ◆固体氧化物燃料电池(SOFC) 过去的重点,目前已基本不研究 ◆质子交换膜燃料电池( PEMFC 目前研究重点 ◆熔融碳酸盐燃料电池(MCFC ◆再生氢氧燃料电池 固体氧化物燃料电池(SOFC) ◆固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电 解质,除了高效,环境友好的特点外,它无 材料腐蚀和电解液腐蚀等问题;在高的工作 温度下电池排出的高质量余热可以充分利用, 使其综合效率可由50%提高到70%以上 它的燃料适用范围广,不仅能用H2,还可 直接用CO、天然气(甲烷)、煤汽化气, 碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电 池最适合于分散和集中发电 工作原理图 LSM/YSZ/N|-YSZ电极三合 负载 燃止或O 空气 50mm50mm电池组 阳极 阴极 电解质 阴极O2+4e→20 阳极H2+O H-O+2e 或CHAO CO CO, CH C Hs 质子交换膜燃料电池( PEMFC) ◆质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换 膜为固体电解质,无电解质腐蚀问题,能 量转换效率高,无污染,可室温快速启 动。质子交换膜燃料电池在固定电站 电动车、军用特种电源、可移动电源等 方面都有广阔的应用前景,尤其是电动 车的最佳驱动电源。它已成功地用于载 人的公共汽车和奔驰轿车上。 扩散层质子交换展他化层 O或空气 O或空气 《二代) 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电 解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。 其电解质是熔融态碳酸盐。 反应原理示意图如下 阴极:O2+2c02+4e-→2CO32 阳极:2H2+2C032-→2C02+2H2O+4e 总反应:02+2H2→2H2O 熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700℃), 具有效率高(高于40%)、噪音低、无污染、燃料多 样化(氢气、煤气、天然气和生物燃料等)、余热利 用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点,是下一世 纪的绿色电站。 反应原理示意图 110cm2电池试验 阳板 阴极 650°C CO+H 2 H-o HO+cO 电池膜