燃料电池
燃料电池的概念
燃料电池的概念什么是燃料电池燃料电池是一种利用氢气和氧气等反应物直接生成电能的装置，其工作原理类似于常规电池，但是燃料电池具有可持续使用的特点。
燃料电池通过将化学能转化为电能，成为一种清洁、高效、环保的能源转换技术。
燃料电池的工作原理燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。
阳极和阴极之间的电解质负责离子传递，而阳极和阴极上的催化剂则促进氧气和氢气等反应物的电化学反应。
当氢气进入阳极时，其中的氢离子（H+）通过电解质传递到阴极，而电子则在外部电路中流动，形成电流。
在阴极处，氧气与氢离子和电子发生反应，生成水和热量。
整个过程中，电化学能转化为电能，实现了能量的转换。
燃料电池的类型燃料电池可以分为多种类型，常见的有以下几种：1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池是一种常用的燃料电池类型。
其特点是具有高效率、响应速度快以及体积轻巧等优点，适用于移动设备和汽车等领域。
2. 碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池在碱性条件下工作，其电解质为氢氧化钾（KOH）溶液。
碱性燃料电池具有较高的能量密度和效率，但耐腐蚀性较差，适用于航空航天和海洋等领域。
3. 磷酸燃料电池（PAFC）磷酸燃料电池采用磷酸作为电解质，具有较高的热效率和电效率。
它在稳定性和可靠性方面表现出色，适用于一些固定应用，如公共服务和工业领域。
4. 氧化铜燃料电池（SOFC）氧化铜燃料电池利用固体氧离子传递氧气，在高温下工作。
它具有高效率和高耐久性等优点，适用于大型电网和工业领域。
燃料电池的应用燃料电池在能源领域有着广泛的应用前景，以下是一些应用案例：1. 交通运输燃料电池在交通运输领域有着巨大的潜力。
燃料电池汽车可以使用氢气作为燃料，不产生尾气污染物，且续航里程长，充电速度快。
目前，一些汽车制造商已经推出了燃料电池汽车，并在一些城市实施了氢气加气站的建设。
2. 电力供应燃料电池可以作为电力供应的替代来源。
特别是在一些偏远地区或灾后重建中，燃料电池可以提供可靠的电力供应。
燃料电池简介
2007-2011全球燃料电池发电功率（根据地区划分）
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2010年全球各技术类型燃料电池发展状况
根据出货量划分
PEMFC：质子交换膜燃料电池 S O F C：固体氧化物燃料电池 A F C：碱性燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
根据发电功率划分
质子交换膜燃料电池PEMFC
• 质子交换膜燃料电池的关键材料与部件为：1)电催化剂；2)电 极（阴极与阳极）；3）质子交换膜；4）双极板。 • 质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃。在这样的低温下， 电化学反应能正常地缓慢进行，通常用每个电极上的一层薄的 白金进行催化。 • 每个电池能产生约0.7伏的电，足够供一个照明灯泡使用。驱 动一辆汽车则需要约300伏的电力。为了得到更高的电压，将 多个单个的电池串联起来便可形成人们称做的燃料电池存储器。 • 质子交换膜燃料电池PEMFC 以其工作温度低、启动快、能量 密度高、寿命长、重量轻、无腐蚀性、不受二氧化碳的影响， 能量来源比较广泛等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电 源和中、小型发电系统。可以考虑用来发展燃料电池汽车 （FCEV）。
……
燃料电池的发展现状
燃料电池可提供多样化的能源解决方案，将来极有可能替代传统的电 源供应装置，如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛，从家庭供 电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统。 根据燃料电池的应用方式，一般分为移动型（Portable)、固定型 (Stationary)、交通运输型(Transport)； 2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录 的23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的 是，2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即 质子交换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能 源汽车。
燃料电池概念
燃料电池概念引言：- 燃料电池（FuelCell）被认为是一种清洁、高效、可持续的能源技术，被广泛应用于交通运输、能源供应和环境保护领域。
本文将介绍燃料电池的概念、原理、类型、应用以及未来发展方向。
一、燃料电池的概念：- 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置，通过氧化剂与还原剂间电化学反应来产生电力。
其核心原理是利用氢气或其他可燃气体与氧气相结合，通过电化学反应产生电能，并以水和热能为副产品。
二、燃料电池的工作原理：- 燃料电池的工作原理基于两个半反应：氧化半反应和还原半反应。
氧化半反应发生在氧化剂（通常是氧气）的一侧，其中氧分子分解成氧离子。
还原半反应发生在还原剂（如氢气）的一侧，其中氢离子经过反应产生电子和水。
通过将两个半反应结合在一起，燃料电池能够将化学能转化为电能。
三、燃料电池的类型：- 燃料电池根据不同的电解质和工作温度，可以分为不同类型：质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等。
每种类型的燃料电池都有其特定的优点和适用场景，例如PEMFC适合用于交通工具和移动设备，而SOFC适合用于电力供应和大型工业设备。
四、燃料电池的应用：- 燃料电池被广泛应用于各个领域，包括交通运输、能源供应和环境保护等。
在交通运输领域，燃料电池驱动的电动汽车可以提供零排放、长续航里程和快速加注等优势。
在能源供应领域，燃料电池可以作为替代传统燃料的可再生能源，提供可靠的电力供应。
在环境保护领域，燃料电池可以减少有害气体排放，降低温室气体的影响。
五、燃料电池的未来发展：- 随着技术的进步和成本的降低，燃料电池有望在未来得到更广泛的应用。
研究人员正在努力改进燃料电池的效率、稳定性和可靠性，以满足不同领域和应用的需求。
同时，开发更便捷、经济的氢气储存和分配系统也是未来发展的研究重点。
结论：- 燃料电池作为一种清洁、高效、可持续的能源技术，拥有广泛的应用前景。
燃料电池讲解：PPT课件
这艘212型潜艇是世界上最现代化的常规潜艇。潜艇采用的 燃料电池推进系统可使潜 艇保持更长的潜航时间，更不容 易被敌人探测到。
德 国 海 军 新 一 代 燃 料 电 池 潜 艇 服 役
甲 醇 燃 料 電 池 ， 燃 料 電 池 的 层 狀 結 构
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相 同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正 极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的 活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃 料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换 元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的 能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给， 进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排 除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为 例来说明燃料电池 氢-氧燃料电池反应原理 这个反映是电觧水的逆过程。 电极应为： 负极：H2 +2OH-→2H2O +2e正极：1/2O2 +H2O+ 2e-→2OH电池反应：H2 +1/2O2==H2O
但是，由于多年来在燃料电池研究方面投入资金 数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与 发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对 燃料电池十分重视，1996年和1998年两次在香山 科学会议上对中国燃料电池技术的发展进行了专 题讨论，强调了自主研究与开发燃料电池系统的 重要性和必要性。近几年中国加强了在PEMFC方 面的研究力度
3，高效率的发电装置 4，分散型的发电装置 规模最大的可以替代火力发电或核能发电，用于 商业发电。不需要庞大的设备，不需要变送电系 统；与核能相比，发生事故的危险性较小。可以 建在大城市的近郊。规模稍小的可以建在住宅小 区、办公楼、厂区甚至城市的中心地带。可以减 少因长距离输送电力而产生的损耗。面向个人用 途的超小型燃料电池可以作为笔记本电脑和移动 便携电话的电源。
燃料电池能斯特方程
燃料电池能斯特方程一、燃料电池简介1.1 什么是燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的设备，其工作原理是通过将氢气或可燃气体与氧气反应来产生电能。
燃料电池具有高效率、无污染、低噪音等优点，被广泛应用于交通工具、航空航天、电力供应等领域。
1.2 燃料电池的分类根据不同的工作原理和使用的燃料，燃料电池可以分为多种类型，包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等。
二、能斯特方程的基本原理2.1 能斯特方程的定义能斯特方程（Nernst equation）是描述燃料电池电动势与各种参量之间关系的方程，由德国物理学家瓦尔特·能斯特在19世纪末提出。
能斯特方程可以用来计算燃料电池的电动势、电流密度等参数。
2.2 能斯特方程的数学表达式能斯特方程的数学表达式如下所示：E = E0 - (RT / nF) * ln(Q)其中，E为燃料电池的电动势，E0为标准电动势，R为气体常数，T为温度，n为电子转移数，F为法拉第常数，Q为反应物浓度比。
三、能斯特方程的应用3.1 燃料电池的电动势计算通过能斯特方程，可以计算燃料电池在不同条件下的电动势。
其中，标准电动势E0是在标准条件下测量得到的，可以用来比较不同燃料电池的性能。
3.2 燃料电池的极化特性能斯特方程还可以用来描述燃料电池的极化特性。
随着燃料电池工作时间的增加，电动势会逐渐降低，这种现象称为极化。
能斯特方程可以用来计算极化的速率，帮助优化燃料电池的设计和运行条件。
3.3 燃料电池的效率分析通过能斯特方程，可以计算燃料电池的效率。
燃料电池的效率定义为输出电能与输入燃料化学能之间的比值。
能斯特方程可以帮助我们理解燃料电池效率与温度、浓度等因素的关系，从而优化燃料电池的工作条件，提高效率。
四、能斯特方程的局限性4.1 假设条件限制能斯特方程是在一定的假设条件下推导出来的，例如理想气体状态、恒定温度等。
燃料电池
燃料电池科技名词定义中文名称：燃料电池英文名称：fuel cell定义：将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。
所属学科：电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
目录简介能量变化历史中国发展状况国际发展状况特点与原理分类发电系统评估经济性展望调峰能力增加节约配电网的建设费用提高电网的安全性电网管理编辑本段简介燃料电池燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。
总的来说，燃料电池具有以下特点：（1）能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。
目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。
（2）有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。
（3）燃料适用范围广。
（4）积木化强规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。
燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。
（5）负荷响应快，运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。
编辑本段能量变化燃料电池为了利用煤或者石油这样的燃料来发电，必须先燃烧煤或者石油。
它们燃烧时产生的能量可以对水加热而使之变成蒸汽，蒸汽则可以用来使涡轮发电机在磁场中旋转。
简单的燃料电池
简单的燃料电池1、氢氧燃料电池在U形管中加入1mol/L的Na2SO4溶液，并滴入2滴酚酞溶液。
用导线将两根石墨棒与电流表相连，组装成如图所示的电路。
向两边的石墨棒上分别通入氢气和氧气。
电流表指针发生偏转，通入氧气的石墨棒附近的溶液变红色。
反应一段时间后，停止通入气体，振荡U形管，红色褪去。
负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应式：2H2＋O2===2H2O通氧气的一端是正极区，反应过程中生成OH－，酚酞变红色。
两极生成的OH－和H＋的物质的量相等，所以振荡溶液，红色褪去。
2、乙醇燃料电池将上面装置中的氢气换成乙醇蒸气，电解质溶液换成KOH溶液，其它不变。
同样可以看到电流表的指针发生偏转，说明也形成了燃料电池。
乙醇在负极失电子，生成二氧化碳，但电解质是KOH，会与CO2反应生成K2CO3。
负极：C2H5OH－12e－＋16OH－= 2CO32-＋11H2O正极：O2＋2H2O＋4e－= 4OH－3、乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，请回答下列问题。
(1)请在装置图中标出正、负极和反应物。
(2)分析电池中电子的移动方向：_________，电解质溶液中H＋的移动方向：________。
(3)写出此燃料电池的正极反应式：_____________，总反应式：_________。
(4)若有2 mol乙烯参与反应，理论上转移的电子数为________。
答案：(1)(2)电极a→导线→电极b从左向右(3)O2＋4e－＋4H＋= 2H2O2C2H4＋O2→2CH3CHO(4)4N A分析：结合原电池的工作原理和装置图，a是负极，b是正极，磷酸作电解质。
负极上乙烯失电子生成乙醛，从组成上看是得1个氧原子，相当于失去2个电子，电极反应式为:C2H4 + H2O -2e- = 2H+ + CH3CHO正极上氧气得电子：O2＋4e－＋4H＋= 2H2O两式叠加得总反应式。
燃料电池
4燃料电池的现状
目前，使用燃料电池面临的主要问题： 1 燃料问题 氧气可以直接从空气中获得，比较省 力；氢气则需要消耗电能以电解水或在催化剂的作 用下重组碳氢化合物这两种方法获取。但也有人认 为氢可以从天然气中产生，其成本同生产汽油相当。 如将燃料电池高效率因素考虑进来，使用氢将比汽 油更加经济。 2 安全问题 氢气是易燃气体，使用时要防止泄露， 爆炸等危险情况的发生。 阻碍燃料电池推广应用的关键问题还有成本高、 寿命短、体积大等，归根结底还是技术问题。
2.4溶化的碳酸盐燃料电池 (molten carbonate fuel cell--MCFC)
溶化的碳酸盐燃料电池与上述讨论的燃料电池差异较 大，这种电池不是使用溶化的锂钾碳酸盐就是使用锂钠碳酸 盐作为电解质。当温度加热到650℃时，这种盐就会溶化， 产生碳酸根离子，从阴极流向阳极，与氢结合生成水，二氧 化碳和电子。电子然后通过外部回路返回到阴极，在这过程 中发电。 CO32 + H 2 → H 2O + CO 2 + 2e 阳极反应： 2CO 2 + O 2 + 4e → 2CO 3 2 阴极反应： 这种电池工作的高温能在内部重整诸如天然气和石油 的碳氢化合物，在燃料电池结构内生成氢。且白金催化剂可 用廉价的一类镍金属代替，其产生的多余热量还可被联合热 电厂利用。这种燃料电池的效率最高可达60%。 这种电池需要较长的时间方能达到工作温度，因此不能 用于交通运输。
直 接 燃 料 电 池 混 合 动 力 系 统 结 构
5.2燃料电池汽车的特点
1、效率高 燃料电池汽车路试时可以达到40~50%的效率而 普通汽车只有10~16%。燃料电池汽车总效率比 混合动力汽车也要高。 2、环保 燃料电池电动汽车仅排放热和水——高效、环境 友好的清洁汽车。 3、可持续发展 燃料电池可节省石油。目前令全世界对石油的依 存度，超过警戒线30%，预计2020年>60%。
《燃料电池》课件
这是《燃料电池》PPT课件，通过本课件，你将了解燃料电池的定义、工作原 理、构成、应用以及未来发展和趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域 吧！
什么是燃料电池
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接 转化为电能的装置，通过电化 学反应实现电能的产生。
燃料电池的工作原理
燃料电池通过氧化还原反应将 燃料（如氢气）和氧气在电解 质中进行电化学反应，产生电 能。
燃料电池的优缺点
燃料电池具有高效能源转化、环 保、低噪音等优点，但成本和氢 气供应等问题仍需解决。
燃料电池的应用
1
燃料电池在交通运输领域的应用
燃料电池汽车逐渐成为替代传统燃油汽车的绿色交通选择，减少尾气排放。
2
燃料电池在能源领域的应用
燃料电池可以作为一种清洁的能源来源，在无电网的地区提供电力供应。
3
燃料电池在军事领域的应用
燃料电池系统可以为军事设备提供可靠的能源支持，降低依赖传统燃油的风险。
燃料电池的未来发展与趋势
燃料电池技术的发展历程
燃料电池技术经过多年的研发和改 进，取得了巨大继续朝着高效、便携、 可再生能源和可持续发展的方向发 展。
燃料电池未来的应用前景
燃料电池有望在交通运输、能源供 应等领域发挥更大的作用，推动可 持续发展。
感谢阅读
通过本《燃料电池》PPT课件，希望您对燃料电池有了更深入的了解。谢谢！
燃料电池种类介绍
常见的燃料电池类型有聚合物 电解质燃料电池（PEMFC）、 固体氧化物燃料电池（SOFC） 等。
燃料电池的构成
燃料电池的主要组成 部分
燃料电池由氢气供应系统、氧气 供应系统、电解质、电极和电流 收集系统等组成。
燃料电池第一章
贵金属电催化剂（铂、钌、钯等铂族和第一副族的银 、金等贵金属） 抗 CO 中毒的贵金属合金电催化剂 合金电催化剂 Pt 与过渡金属合金电催化剂 镍基电催化剂
电催化剂
混合型氧化物电催化剂
钙铁矿型氧化物 其他混合氧化物 钨基电催化剂
过渡金属大环络合物电催化剂
Chapter 1
1.6 电解质与隔膜
电解质 作为燃料电池的电解质必须满足： ①稳定，即在电池工作条件下不发生氧化与还原反应，不降解: ②具有较高电导，以利减少欧姆极化; ③阴离子不在电催化剂上产生强特殊吸附，防止覆盖电催化剂的 活性中心，影响氧还原动力学; ④对反应试剂〈如氧、氢 〉有高的溶解度; ⑤对用 PTFE 等防水剂制备的多孔气体扩散电极，电解质不能浸 润PTFE.
图1.1 燃料电池工作原理示意图
H 2 2H 2e
Chapter 1
1.1 原理、特点、分类与应用
1.1.3 分类 按电池所采用的电解质可分为： 碱性燃科电池，磷酸型燃料电池，质子交换膜燃料电池，熔融碳酸 盐型燃料电池，固体氧化物燃料电池。 按电池温度可分为： 低温〈工作温度低于100t) 燃料电池，包括碱性燃料电池和质子 交换膜燃料电池。 中温燃料电池(工作温度在100-300t).包括培根型碱性燃料电池和 磷酸型燃料电池 。 高温燃料电池{工作温度在600 ~ 1000t) ，包括熔融碳酸盐燃料 电池和固体氧化物燃料电池 。
0
a i 等于气体的压力， vi 是反应式中的计量系数，K 为 其中， 反应的平衡常数
1.2.2 电极电势与标准氢电极
Pt , H 2 H Cu
2
Cu
从左至右为电池中两个电 极之一的材料，与其相接触的电 解液， 与另一个电段相接触的电解液， 另一电极材料。用 竖线或逗号表示相界 。当两电极的电解液不同时. 若液体接 界电位已消除，用双实竖线表示，未消除用双虚竖线表示 。
燃料电池(课件)
得失电子数目的求算
燃料分子失电子的数目，可根据整体化合价变化情况 进行求算，也可以直接根据分子所含的原子数目进行 计算。1mol的CxHyOz失去电子的数目为4x+y－ 2z(碳四氢一氧减二)。我们可以计算，每个C₃H₈失电 子数为4×3+1×8＝20，每个C₂H₅OH分子失电子数 为4×2+1×6－2＝12。
电解质为固体电解质 （如固体氧化锆—氧 化钇）O2＋4e-=2O2-。
燃料电池负极反应式的书写
产物判断规则
一般来说，负极反应物一般为燃料，常常含有碳元素和 氢元素，有时也含有氧元素。在酸性溶液(如硫酸溶液) 下，负极燃料失电子，C元素变为+4价，转化为CO₂； H元素转化为H⁺，氧元素结合H⁺转化为水。在碱性溶 液(如氢氧化钠溶液)下，负极燃料失电子，C元素转化 为碳酸根离子，+1价的氢元素不能在碱性条件下以离 子形态稳定存在，结合OHˉ生成水，氧元素变成氢氧根 离子或者水。
谢谢
燃料电池
基础知识
燃料电池（Fuel cell），是一种不经过燃烧，将燃料化学能经过电化学反 应直接转变为电能的装置。它和其它电池中的氧化还原反应一样，都是自 发的化学反应，不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能，且废物排 放量很低。其中燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同
基础知识
燃料电池的两极材料都是用多孔碳、多孔镍、铂、钯等兼有催化剂特性 的惰性金属，两电极的材料相同。 燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的一极为负极 ，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空气或氧气的一极为正极，氧 气在该电极上发生还原反应。
量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；【答案】C
真题突破
（2019·全国高考真题）利用生物燃料电池原理研究室温下氨 的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意 图如下所示。下列说法错误的是
燃料电池技术
三、燃料电池系统
1、组成：燃料电池发电装置除了燃料电池本体之 外，还必须和以下周边装置共同构成一个系统。 主要有：#
a) 燃料重整系统、 b) 空气供应系统、 c) 直流——交流逆变系统、 d) 余热回收系统、 e) 控制系统等周边装置。 f) 在高温燃料电池中还有剩余气体循环系统。 • 燃料电池发电装置的系统构成图
• 5.固体高分子型燃料电池(PEFC)。这是一种问世不久的 燃料电池，它用氟系高分子膜作电解质，电池阴极产生 的H+能够穿过高分子膜到达阳极，并在那里被还原。 这种燃料电池的起动时间短，结构紧凑，功率密度高， 工作温度为60～100℃，便于小型化、轻量化，适合作 为可移动式电源使用。
第23页/共24页
• 美国在1967年开始了以民用为目标的研究计划，首先开 发磷酸础燃料电池。之后，以美国、日本为中心，进行 了磷酸型燃料电池实用化的工作。
• 日本于1981年的“月光计划”中，全面地开展了5类燃料 电池的研究(碱性、磷酸型、熔融碳酸盐型、团体电解 质型、固体高分子型)。而在1993年开始的“新阳光计划” 中，燃料电池成为日本政府加速实施的一个重点计划， 开始投入大规模研究。
第2页/共24页
燃料电池与干电池和蓄电池区别
• 平时所说的干电池与蓄电他，没有反应物质 的输入与生成物的排出，所以其寿命有一定 限度；
• 而燃料电池可以连续地对其供给反应物(燃料） 及不断排出生成物(水等)，因而可以连续地输 出电力。
• 燃料电池的历史。。。。。 • 中国燃料电池研究。。。
第3页/共24页
• 在“九五”期间，燃料电池被列人国家重点科技 项目攻关计划。
第16页/共24页
燃料电池构成图
第17页/共24页
燃料电池特点
燃料电池特点燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的设备，具有许多独特的特点和优势。
以下是与燃料电池相关的参考内容。
1. 高能效：燃料电池转化化学能到电能的效率高。
相比传统的热力发电，燃料电池的能量转化效率可以达到50%以上，大大高于燃煤发电的30%。
2. 高环境友好性：燃料电池不像传统燃煤发电那样产生大量的二氧化碳和其他有害气体。
燃料电池以氢气为燃料，在电化学反应中只产生水和少量的烟气，不会对环境造成污染。
3. 持续供电：燃料电池使用燃料和氧气进行反应，只要提供足够的燃料和氧气，就可以持续产生电能。
相比较传统电池需要充电的过程，燃料电池可以通过更换或补充燃料来实现电力的持续供应。
4. 快速充电：相比燃油电池或充电电池，燃料电池具有快速充电的优势。
充电电池需要数小时或更长时间才能充满，而燃料电池只需要几分钟就可以完成。
5. 多种适用燃料：燃料电池可以使用多种燃料，如氢气、甲醇、天然气等。
其中，氢气是最常用的燃料，因为其燃烧后只产生水。
然而，适用多种燃料使燃料电池更具适应性并扩大了应用范围。
6. 低噪音：相比内燃机等传统发电设备，燃料电池的运行非常安静。
燃料电池没有机械运动部件，只有化学反应，因此几乎没有噪音产生。
7. 可靠性高：燃料电池具有较高的可靠性和稳定性。
由于没有旋转部件，因此减少了设备故障的几率。
此外，燃料电池的负载发电特性使其能够稳定地应对负载波动。
8. 较低的温度：相比内燃机或蒸汽发电，燃料电池的工作温度更低。
这意味着更少的热能损失，并且可以更好地与其他能源系统集成。
总之，燃料电池作为一种新兴的电能转化技术，具有许多独特的特点和优势。
高能效、高环境友好性、持续供电、快速充电、多种适用燃料、低噪音、可靠性高以及较低的工作温度是燃料电池最重要的特点。
这些特点使得燃料电池在诸多领域具有广泛的应用前景，如交通运输、清洁能源供应和便携式设备等。
燃料电池特点
燃料电池特点燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其具有许多独特的特点。
本文将探讨燃料电池的特点及其在能源领域的应用前景。
1. 高效性：燃料电池的能量转化效率较高，通常可达到40%~60%。
相比于传统的热能转化方式，燃料电池更加有效地将燃料中的化学能转化为电能，减少了能源的浪费。
2. 清洁能源：燃料电池是一种零排放的能源装置。
它的工作原理是通过氧化还原反应将燃料氧化为水，并产生电能。
因此，燃料电池不会产生任何有害的废气，对环境的污染极少。
3. 可再生性：燃料电池可使用各种不同的燃料，如氢气、甲醇、乙醇等。
其中，氢气是一种最理想的燃料，因为其燃烧产物只有水。
此外，燃料电池还可以利用生物质、废弃物和污水等可再生资源作为燃料，具有很大的可持续发展潜力。
4. 快速响应：燃料电池的启动和停止速度非常快，只需几分钟即可达到额定功率输出。
这使得燃料电池在需求响应较快的应用中具有优势，如电动车辆和备用电源等领域。
5. 噪音低：相比于传统的内燃机，燃料电池的工作噪音非常低。
这使得燃料电池在需要保持室内环境安静的场所得到广泛应用，比如办公室、医院和住宅区等。
6. 灵活性：燃料电池系统可以根据需求进行模块化设计。
通过增加或减少单元数量，可以实现系统容量的灵活调整。
这种灵活性使得燃料电池技术在小型便携设备和大型能源系统中都能得到应用。
总结起来，燃料电池具有高效性、清洁能源、可再生性、快速响应、噪音低和灵活性等独特的特点。
随着对环境友好能源需求的不断增加，燃料电池作为一种具有广阔应用前景的能源技术，将在未来得到更加广泛的推广和应用。
燃料电池简介ppt课件
2023-10-27
目录
• 燃料电池概述 • 燃料电池的特点 • 燃料电池的应用场景 • 燃料电池的发展现状与趋势 • 燃料电池的未来挑战与机遇 • 总结与展望
01
燃料电池概述
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的发电装置。
它由正负极、电解质和外部电路组成，通过反应将燃料和氧化剂中的化学能转化 为电能。
要点一
固定电源
燃料电池可以作为一种可靠的固定电源，为家庭、商业 和工业用途提供电力。它们可以在断电或电力故障时提 供电力，并具有更高的能源效率和更低的维护成本。
要点二
分布式能源
燃料电池也可以作为一种分布式能源，为社区提供电力 。例如，一些城市已经开始使用燃料电池作为其分布式 能源的一部分，以减少对传统电网的依赖。
03
未来，燃料电池将成为一种重 要的能源转换方式，为人类的 生产生活提供更加清洁、高效 的能源解决方案。
05
燃料电池的未来挑战与机遇
技术挑战
01
02
03
材料问题
燃料电池的电解质、电 极和膜等关键材料仍需改 进，以提高其性能和稳定 性。
催化剂问题
在燃料电池中，催化剂 是促进反应的重要元素， 但目前催化剂的性能仍需 提升。
高效环保
总结词
燃料电池是一种高效和环保的能源转换技术。
详细描述
燃料电池通过将氢气和氧气结合产生电能和水蒸气，这个过程不会产生任何有害的排放物。此外，由于其高效 能量转换，燃料电池可以减少能源浪费，提高能源利用效率。
快速充电
总结词
燃料电池可以在短时间内完成充电。
详细描述
与传统的电池技术相比，燃料电池的充电速度更快。这是因为燃料电池的能量密度高，并且可以连续 供电，而不需要长时间的充电过程。
燃料电池
源及电动车辆
23
PEMFC发电系统面临的主要课题
实用的完整的PEMFC发电系统有4个功能单元： 燃料及氧化剂供给单元； 电池湿度、温度调节单元； 功率变换单元； 系统控制单元。
的减少量-Δh中一部分以热量形
式传给了外界。
8
四、燃料电池的有效效率
有效效率
e
We H
电功 ，即实际产生的有用功 定压定温—反应物的焓差；
燃料电池有效效率 定容定温—反应物的热力学能差值
电池理论最大有用功
W u ,max e Jt
t
W u,max H
燃料电池热效率，在燃料电 池进行可逆反应时即是电池
ca c T ln (I/A i0 )
常数
（6）燃料电池的温度系数为负值。即温度升高，电动势减小， 电池工作时，向环境等温放热。实验表明：电池电动势与 工作温度有以下简单线性关系：
T
p
b
（b>0，是与温度T无关常数） 幻灯片 16
（7）燃料电池的输入，输出口的温度和压力均相同。
14
燃料电池装置不可逆熵产率
t
1
Qrev H
燃料电池的热效 率不受卡诺循环 效率的限制
Q 选re与v 择反燃应料物电的池性工质况有，关应，使在给Q r定，e v 的也外即部使条件 的 T时 绝 应p 对选值择最使小热。 效率达到最大值的物质作为反应物。
（2）燃料电池内部的不可逆性，部分能量转换成无效热，使燃
料电池有效效率相应地降低，这时，实际效率
这些费用，包括动力设备的维修费， 使用程度的维修费用。
燃料电池知识点总结
燃料电池知识点总结一、燃料电池的基本知识1.1 燃料电池的定义燃料电池是一种通过将氢气或含氢化合物燃料与氧气在催化剂的作用下进行氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的电化学能源装置。
1.2 燃料电池的组成燃料电池主要由阳极、阴极、电解质和电极反应催化剂组成。
其中阳极和阴极之间是电解质层，阳极和阴极外部分别连接电流导体并提供气体进出。
1.3 燃料电池的优点燃料电池具有高效能、零排放、低噪音、易于储存和传输等优点，是一种理想的清洁能源技术。
1.4 燃料电池的缺点目前燃料电池技术还存在成本较高、储氢问题、催化剂稀有等问题，限制了其在大规模应用中的推广。
二、燃料电池的类型2.1 氢氧燃料电池氢氧燃料电池是利用氢气和氧气通过电化学反应产生电能的电池。
它的主要类型包括碱性燃料电池（AFC）、聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）和磷酸燃料电池（PAFC）等。
2.2 甲醇燃料电池甲醇燃料电池是将甲醇作为燃料，通过对甲醇进行氧化还原反应来产生电能。
它的主要类型包括直接甲醇燃料电池（DMFC）和高温甲醇燃料电池（HTMFC）等。
2.3 碳氢燃料电池碳氢燃料电池是将石油、天然气、生物质等碳氢化合物作为燃料，通过电化学反应来产生电能。
它的主要类型包括燃料电池烷烃燃料电池（PAFC）、燃料电池烃烃燃料电池（PEMFC）和燃料电池液化石油气燃料电池（LPGFC）等。
三、燃料电池的工作原理3.1 燃料电池的工作原理燃料电池是一种通过氢气或含氢化合物作为燃料，在阳极发生氧化反应产生电子，电子通过外部电路产生电流，然后在阴极与氧气反应释放出电子和水的电化学装置。
3.2 燃料电池的电化学反应燃料电池的电化学反应包括阳极反应和阴极反应。
阳极反应是氢气通过催化剂发生氧化反应生成正极电子和质子；阴极反应是氧气与质子和正极电子在催化剂的作用下发生还原反应生成水。
3.3 燃料电池的工作过程燃料电池的工作过程包括氢气或含氢化合物燃料在阳极发生氧化反应产生正极电子和质子，正极电子通过外部电路产生电流。
燃料电池
燃料电池的种类及特征
燃料电池具有以下优点： 燃料电池具有以下优点：
1．不受卡诺循环限制，能量转换效率高； ．不受卡诺循环限制，能量转换效率高； 2．洁净、无污染、噪声低； ．洁净、无污染、噪声低； 3．模块结构 、 积木性强 ， 比功率高 。 既可以集 ． 模块结构、积木性强，比功率高。 中供电，也适合分散供电。 中供电，也适合分散供电。 4．高温型燃料电池可实现热电连供。 ．高温型燃料电池可实现热电连供。
在当今全球能源紧张、油价高涨的时代，寻找新能源作为 化石燃料的替代品是当务之急。因为氢能的优势明显，清 洁、高效，因此得到各国政府的大力支持，加上各种能源 动力企业对燃料电池的发展信心十足，所以燃料电池未来 市场将有巨大的上升空间。
2009 年3月20日，北 京展览馆举办的 “2009年中国国际节 能减排与新能源博览 会”上，一款采用空 冷自增湿技术研制的 氢“燃料电池”动力 自行车颇受关注。该 车价值三万元人民币， 每行驶一公里消耗氢 燃料成本二点五分钱 人民币，是目前动力 车最洁净能源之一。
当晶片受光后， 结中 结中， 型半导体的空穴往 型区移动， 型半导体的空穴往P型区移动 当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往 型区移动， 型区中的电子往N型区移动 型区到P型区 而P型区中的电子往 型区移动，从而形成从 型区到 型区 型区中的电子往 型区移动，从而形成从N型区到 的电流。然后在PN结中形成电势差 这就形成了电源。 如 结中形成电势差， 的电流。然后在 结中形成电势差，这就形成了电源。(如 下图所示） 下图所示）
型和N型半导体结合在一起时 当P型和 型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域 型和 型半导体结合在一起时， 里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电 型一侧带负电， 型一侧 里会形成一个特殊的薄层 ，界面的 型一侧带负电，N型一侧 带正电。这是由于P型半导体多空穴 型半导体多空穴， 型半导体多自由电子 型半导体多自由电子， 带正电。这是由于 型半导体多空穴，N型半导体多自由电子， 出现了浓度差。 区的电子会扩散到 区的电子会扩散到P区 出现了浓度差。N区的电子会扩散到 区，P区的空穴会扩散到 区的空穴会扩散到 N区，一旦扩散就形成了一个由 指向 的“内电场”，从而阻 指向P的 内电场” 区 一旦扩散就形成了一个由N指向 止扩散进行。达到平衡后， 止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成 电势差，这就是PN结 电势差，这就是 结。
燃料电池标准体系
燃料电池标准体系
燃料电池标准体系是指规范燃料电池在设计、制造、安装、使用及评价等方面所需标准的集合体。
燃料电池标准体系主要包括以下几个方面：
1. 燃料电池系统性能标准：包括燃料电池堆的功率密度、能量效率、起动时间、可靠性等性能指标的要求。
2. 燃料电池材料标准：包括燃料电池堆所使用的膜电解质材料、催化剂、氧化物等材料的质量要求、性能测试方法等。
3. 燃料电池系统安全标准：包括燃料电池系统在设计、制造、安装、使用等方面需要考虑的安全因素，如氢气泄漏、电解质渗漏、过压过充等。
4. 燃料电池系统评价标准：包括燃料电池系统的性能评价方法、测试方法、试验规程等，用于对燃料电池系统进行性能测试和评价。
5. 燃料电池系统认证标准：包括对燃料电池系统设计、制造、安装、使用等环节进行认证的标准要求，确保燃料电池系统的安全可靠性和性能稳定性。
燃料电池标准体系的建立对于推动燃料电池技术的发展、促进燃料电池产业的健康发展具有重要意义，可以提高燃料电池产品的安全性、可靠性和性能，同时也为燃料电池产业提供了统一的技术标准和质量保障。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
新能源汽车技术
第7页
FCEV的燃料类型
氢气是FCEV的唯一燃料，FCEV采用的氢气是一种 来自地面的固定制氢系统，另一种是来自车载移动 的制氢系统。当前主要采用地面的固定制氢系统生 产的氢气作为FCEV的燃料。直接使用氢气燃料可 以使FCEV的辅助系统大大简化，效率提高。在 FCEV上采用的氢气有：①压缩氢气；②液化氢气； ③储氢合金存储的氢气等。
海格KLQ6118GQ 燃料电池公交车
运输按照目前的技术条件来说非常困难。此外，
燃料电池汽车的技术复杂，发展较为缓慢，短 时间内还无法替代传统汽车。
雪佛兰Equinox 燃料电池车
纯燃料电池驱动FCEV动力传递路线
车轮
燃料电池
DC/DC
电机控制器
电机
传动装置
燃料电池 控制器
DC/DC 控制器
整车控制器
燃料电池
什么是燃料电池？
燃料电池电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用， 而不是经过燃烧，直接变成电能获得。 燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此 燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换 效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环 境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。
锂离子电池
燃料电池
马自达RX-8 Hydrogen RE
马自达推出的 RX-8 Hydrogen RE 集成了历 经 18 年的氢燃料研发 的成果，其采用氢气和 汽油双燃料切换系统的 氢转子发动机。尽管这 款氢动力汽车搭载了 74 升压力高达 350 标 准大气压的高压气瓶也 只能保证 60 公里的续 当氢气耗尽时需要切换使用汽油行驶至 驶里程， 加氢站重新补充燃料。
新能源汽车技术 第 16 页
3.1 关键技术-电池技术
• 发展时间长，可靠性好，价格便宜。 • 比能量低（28—40wh/kg），体积大；使用 寿命短，成本高，维护麻烦。 • 开发先进的铅酸电池：水平铅酸电池，双极 密封铅酸电池等。 • 比能量高(60-100wh/kg)，使用寿命长。 • 价格太贵，均匀性较差（特别是高速率，深 放电下电池之间的容量和电压差较大），自 放电率高。 • 目前已经在欧美已经实现了批量生产和使用。
新能源汽车技术
第 14 页
丰田Mark X Zio氢燃料电池车
该车充满燃料可 行驶 780 公里， 燃料效率是双燃 料车的两倍，是 传统汽油车的 3 倍，它的最高时 速可达 160 公 里/小时，百公 里加速为 7 秒。
新能源汽车技术
第 15 页
本田FCX Clarity燃料电池车
开发燃料电池车有概念车“PUYO”，最早商品化的燃料电 池车 FCX Clarity，虽然因成本过高的问题在市面上很少 新一代的燃料电池汽车 能够见到，但它的名声早已远播天下了。 FCX Clarity 以本田 独创的燃料电池堆“V Flow FC Stack”技术 为核心，实现了燃料 电池车所特有的抢眼 设计， 划时代的外观 线条， 以及超凡的驾 驭感觉。不仅实现了 超级的清洁性，而且 还赋予了燃料电池车 独特的新价值和新魅 力。
新能源汽车技术
第8页
1)压缩氢气
FCEV采用的压缩氢气用纤维增强的高压密封容器储 存，以保证氢气储存的安全性。我国用普通钢材制 造的罐体氢气压力约为15MPa，氢气的质量仅占储存 容器总质量的1﹪；在外国用特质高强度奥氏体钢材 制造的罐体，氢气压力可达25-35MPa，氢气的质量 占总质量的2﹪-6﹪。目前大多数FCEV采用了压缩氢 气。
动力电池
铅酸电池
氢镍电池
• 比能量容量最大（160wh/kg)，自放电率较 低，无记忆效益无污染，长寿命，重量轻， 电压可达4.7V。 • 锂遇水会燃烧，过充电非常危险，要求电池 管理模块的成本很高。 • 大容量的锂离子制造成本很高。
• 氢氧反应产生电、水、热。无噪声，无污染， 寿命长，可靠性高，实际效率达到普通内燃 机2—3倍。 • 成本高，能源效率低，基础设施建设投入大、 难度高。
高、噪声低，随着燃料电池制造技术 的提高和成本的降低，是未来的主要
交通工具。
2.3 燃料电池汽车
燃料电池汽车-原理
2.3 燃料电池汽车
燃料电池汽车-优缺点分析
优点：与传统汽车相比，燃料电池车能量转化 效率高达 60~80%。燃料电池的燃料是氢和氧， 生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化 碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。 缺点：燃料电池成本过高，而且燃料的存储和
车轮 电力接连 机械连接 信号连接
新能源汽车技术
第6页
FCEV的总布置形式
最早的FCEV是燃料电池大客车FCBE（Fuel Cell Electric Bus）。早期的FCEV的燃料电池本身和它 的附属设备质量重，体积大，占据了大客车很大部 分的装载空间，几乎没有乘客乘坐的空间，给FCEV 的总布置带来很大的困难。近年来，燃料电池不断 地向小型化方向发展，使得燃料电池成功地布置到 各种类型的车辆上。
新能源汽车技术 第 18 页
新能源汽车技术 第 10 页
3）储氢合金
储存的氢气吸附合金有：FeTiH2、MgH2、 LaNi5H6、NaBH4、活性炭、碳纳米管等材料。一 般吸附合金可能的储藏氢气量为100-1100mL。日 本所开发的钛基吸附合金氢的储藏量达到1600mL。 在冷却状态和10MPa的压力下压入氢气，在使用时 加热将氢释放出来。美国ECD（Energy Conversion Devices）公司所开发的镁基吸附合金， 氢的储藏量可达到3500mL。碳纳米管吸附材料有 较大的吸附能力，还有待进一步开发。
新能源汽车技术
第9页
2）液化氢气
液化氢气具有高存储密度，但需要采用高压-超低温 技术来保持氢气呈液态。液态氢气的温度保持在253℃的低温时，可以在1mL的容积内储存800mL氢气。 液态氢储存在特制的用炭纤维增强、双层金属或塑 料内衬、耐爆破压力达到94.8MPa的圆柱形的储氢罐 中，在灌壁之间要抽成真空，以减少热传导，如果 出现细微热量的热传导，也会使液态氢气蒸发造成 能量损失。高压储氢罐的结构复杂，管理和维护比 较困难。
新能源汽车技术
第 13 页
奔驰B 级F—CELL
续航能力达 400 公里
该车搭载氢燃料电池驱动系统，只需加注氢燃料通过车内装置迅 速转化成电能，加满氢燃料的过程仅需 3 分钟。
设计师把它的氢燃料罐和燃料电 池设计成独特的夹层结构，这样 就能大大节省车内空间。该车加 满燃料的续航能力达 400 公里， 百公里耗能相当于 3.3 升汽油。 它的最大功率为 136 马力，最 高时速为170km/h，燃料转化为 电能的过程不会产生任何污染， 排出的只是水。
新能源汽车技术
第2页
2.3 燃料电池汽车
燃料电池汽车-简介
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，由燃料电 池驱动的电机直接同车轮相连推动汽 车行走。 氢燃料电池汽车无污染、效率
马自达RX8 Hydrogen RE燃料电池汽车
新能源汽车技术 第 11 页
· · · · · ·
运 行 平 稳 、 无 噪 声 。
提 高 了 发 动 机 燃 烧 效 率 。
提 高 了 燃 油 经 济 性 。
降 低 了 温 室 气 体 的 排 放 。
减 少 机 油 泄 露 导 致 的 水 污 染 。
零 排 放 或 近 似 零 排 放 。
新能源汽车技术
第 12 页
氢气燃料的优缺点
优点：氢气是燃料电池最理想的 燃料，纯度高，在FCEV上可直 接使用，以氢气为燃料的燃料电 池系统设备较简单，启动快、性 能稳定，对负荷变化的影响快， 排放为零污染，相对成本较低， 随着氢气储存装置的改进，氢气 储存装置在FCEV上的布置问题 将进一步得到解决。 按轿车或客车车型不同，用高也 气态氢气，一般一次充氢的行驶 里程200-250km,。用液态氢气一 次充氢的行驶里程可达400500km。用储氢合金一次充氢的 行驶里程可达400km左右。 缺点：工厂化地面固定的制氢系 统是一个庞大、复杂的系统工程， 需要建立大规模的氢气制造厂、 灌装厂、运输系统、储存系统和 添加网络，以及系统的安全防护 等，建立起来需要大量的投资和 较长的时间。