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燃料电池课件Fuel cell 主要内容1. 燃料电池介绍2. 质子交换膜燃料电池材料3. 碱性燃料电池材料4. 磷酸型燃料电池材料5. 直接醇类燃料电池材料 6. 熔融碳酸盐燃料电池材料7. 固体氧化物燃料电池材料8. 金属/空气燃料电池材料9. 燃料电池的应用与前景 1. 燃料电池介绍 　3.1.1 简介(1)什么是燃料电池？　　　简单地说，燃料电池1(Fuel Cell，简称FC)是一种将存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的电化学装置。　　　作为一种新型化学电源，燃料电池是继火电、水电和核电之后的第四种发电方式．与火力发电相比，关键的区别在于燃料电池的能量转变过程是直接方式，如图 1-1 所示． 热能动能传统技术　燃料电池化学能电能图1-1　燃料电池直接发电与传统间接发电的比较 (2) 燃料电池发展过程中的重大事件1839年，格罗夫发明“气体伏打电池”，格罗夫也被称为“燃料电池之父”；1889年，蒙德和朗格尔改进氢氧“气体电池”并正式确定其名称为“燃料电池”；1896年，雅克研制成功第一个数百瓦（大约300瓦）的煤燃料电池；1897年，能斯特发明“能斯特物质”----YSZ（85%ZrO +15%Y O ),该物质是目前广泛使用的高温固体氧化2物燃料电池的电解质材料；2 31899年，施密特发明第一个空气扩散电极；1959年，培根和弗洛斯特研制成功6KW碱性燃料电池系统,并用来驱动叉车、圆盘锯和电焊机；1959年，艾丽斯-查尔莫斯公司开发出第一辆碱性燃料电池拖拉机，可以推动3000lb(1lb=0.4536kg)的重物； (2) 燃料电池发展过程中的重大事件1960年，通用电气公司开发成功质子交换膜燃料电池；1962年，质子交换膜燃料电池应用于双子星座飞船；1965年，碱性燃料电池用于阿波罗登月飞船；1967年，通用汽车开发成功第一辆碱性燃料电池电动汽车Electrovan ；1970年，科尔地什组装了第一辆碱性燃料电池-铅酸电池混合动力轿车；1972年，杜邦公司和格罗特发明了全氟磺酸质子交换膜；1979年，在美国纽约完成了4.5MW磷酸燃料电池电厂的测试 ；1986年，洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）开发成功第一辆磷酸燃料电池公共汽车； (2) 燃料电池发展过程中的重大事件1986年，洛斯阿拉莫斯国家实验室开发成功第一辆磷酸燃料电池公共汽车；1988年，第一艘碱性燃料电池潜艇在德国出现；1991年，日本千叶县的11MW磷酸燃料电池试验电厂达到设计功率；1993年，巴拉德电力系统公司开发成功第一辆质子交换膜燃料电池公共汽车；1996年，美国加利福尼亚州的2MW 熔融碳酸盐燃料电池试验电厂开始供电；----------- 3.1.2 燃料电池的构造阴极燃料电池阳极电解质 典型的燃料电池的构造如右下图所示．在阳极（负极）上连续吹充气态燃料，如2氢气．在阴极（正极）上连续吹充氧气（或由空气提供），这样就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流．由于电极上发生的反应大多为多相界面反应，为提高反应速率，电极一般采用多孔材料．各种燃料电池的材料也都有各自的特点． 燃料电池的基本反应 3.1.3 燃料电池(Fuel Cell)与电池（Battery)的区别（1）相同点：将化学能转变为电能的装置，有许多相似之处。（2）不同点：燃料电池是能量转换装置电池是能量储存装置。　　　 一次电池：化学能储存在电池物质中, 当电池放电电时,电池物质发生化学反应，直到反应物质全部反应消耗完毕，电池就再也发不出电了．所以原电池所发出的最大电能等于参与电化学反应的化学物质完全反应时所产生的电能．二次电池：利用外部供给的电能，使电池反应向逆方向进行，再生成电化学反应物质．从能量角度看，就是将外部能量充给电池，使其再发电，实现反复使用的功能．　燃料电池：从理论上讲, 只要不断向其供给燃料　(阳极反应物质，如H ), 及氧化剂(阴极反应物2　质，如O 3)，就可以连续不断地发电,因而其容量是无限的2. 实际上，由于元件老化和故障等原因，燃料电池有一定的寿命． 严格地讲，燃料电池是电化学能量发生器，是以化学反应发电；一次电池是电化学能量生产装置，可一次性将化学能转变成电能；二次电池是电化学能量的储存装置，可将化学反应能与电能可逆转换。 燃料电池的工作原理虽然燃料电池的种类很多并且不同类型的燃料电池的电极反应各有不同，但都是由阴极﹑阳极﹑电解质这几个基本单元构成，其工作原理是一致的。 燃料气（氢气﹑甲烷等）在阳极催化剂的作用下发生氧化反应，生成阳离子并给出自由电子；氧化物（通常为氧气）在阴极催化剂的作用下发生还原反应，得到电子并产生阴离子；阳极产生的阳离子或者阴极产生的阴离子通过质子导电而电子绝缘的电解质运动到相对应的另外一个电极上，生成反应产物并随未反应