燃料电池简介
燃料电池简介
燃料电池简介
燃料电池是一种将燃料和氧气转化为电能的电池。
燃料电池具有高效率、零排放和低噪声等优点，被广泛用于汽车、航空航天、家用电器和能源储存等领域。
燃料电池的工作原理是将氢气和氧气分别输入到阳极和阴极两
端的催化剂层中，催化剂使氢气和氧气发生电化学反应，产生电子和离子。
电子通过外部电路流动，产生电能；离子穿过电解质膜流动，与氧气发生还原反应，生成水。
燃料电池的反应是可逆的，因此可以通过输入氢气和氧气来维持其运行。
不同类型的燃料电池使用不同的燃料。
最常用的是氢气燃料电池，其产生的唯一废物是水。
然而，氢气的储存和输送是一个挑战，因此燃料电池技术仍然面临一些挑战。
尽管存在挑战，燃料电池仍然是一种非常有前途的清洁能源技术，可以为解决能源和环境问题做出重要贡献。
- 1 -。
燃料电池的研究进展综述
燃料电池的研究进展综述⼀. 燃料电池简介1.定义燃料电池(Fuel Cells)是⼀种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，能量转化率⾼。
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”。
由于在能量转换过程中，⼏乎不产⽣污染环境的含氮和硫氧化物，燃料电池还被认为是⼀种环境友好的能量转换装置。
由于具有这些优异性，燃料电池技术被认为是21世纪新型环保⾼效的发电技术之⼀。
随着研究不断地突破，燃料电池已经在发电站、微型电源等⽅⾯开始应⽤。
2.基本结构燃料电池的基本结构主要是由四部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。
通常阳极为氢电极，阴极为氧电极。
阳极和阴极上都需要含有⼀定量的电催化剂，⽤来加速电极上发⽣的电化学反应，两电极之间是电解质。
图1.燃料电池基本结构⽰意图3.分类⽬前燃料电池的种类很多，其分类⽅法也有很多种。
按不同⽅法⼤致分类如下：(1)按运⾏机理来分类：可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池；(2)按电解质的种类来分类：有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质；图2.燃料电池分类详细介绍(3)按燃料的类型来分类：有直接式燃料电池和间接式燃料电池；(4)按燃料电池⼯作温度分：有低温型(低于200℃)；中温型(200-750℃)；⾼温型(⾼于750℃)。
4.原理燃料电池的⼯作原理相对简单，主要包括燃料氧化和氧⽓还原两个电极反应及离⼦传输过程。
早期的燃料电池结构相对简单，只需要传输离⼦的电解质和两个固态电极。
当以氢⽓为燃料，氧⽓为氧化剂时，燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为：阳极：H2 → 2Ｈ＋＋2ｅ-阴极：1/2 O2＋2Ｈ＋＋2ｅ-→Ｈ2O总反应：H2＋1/2Ｏ2 →H2O其中，Ｈ2通过扩散达到阳极，在催化剂作⽤下被氧化成和ｅ-，此后，Ｈ通过电解液到达阴极，⽽电⼦则通过外电路带动负載做功后也到达阴极，从⽽与O2发⽣还原反应（ORR）。
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。
燃料电池简介
H2 2H++2e
阴极：
1/2O2+2H++2e
H2O
燃料电池的分类
目前，燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展：
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC）
采用氢氧化钾溶液作为电解液
磷酸盐型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）
总结
燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场 深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各 方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供 电带进一种分散供电的新时代。
燃料电池供电，没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使 全球气候变暖问题，解决了火力发电使全球环境污染的问 题，是一个纯正的绿色清洁能源。所以，我们要加速实现 燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场能源革命中有 所作为，跟上全球技术发展的步伐。
DMFC：直接甲醇燃料电池； MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池； PAFC：磷酸盐型燃料电池
资料来源：Fuel Cell Today
燃料电池的发展现状
全球燃料电池生产数量的区域分布
资料来源：Fuel Cell Today
最新科技
------美国空军学院研究无人机用氢燃料电池技术
我国研究开发进展
我国2类碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统通过了航天环境模拟试验。 国家已将质子交换膜燃料电池列为重点攻关项目，以大连化学物理所 为牵头单位，在国内全面开展了质子交换膜燃料电池的材料和电池系 统的研究，并组装了多台各种功率（1kw~25kw）的电池组和电池系
采用200℃高温下的磷酸作为其电解质
熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）
燃料电池工作原理原理
燃料电池工作原理原理
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，采用化学反应的方式来产生电能。
它的工作原理如下：
1. 氢气供给：燃料电池的主要燃料是氢气（H2）。
氢气可以通过电解水产生，也可以从氢气储存罐中供应。
2. 催化剂：燃料电池中使用的常见催化剂是铂（Pt）。
这种催化剂能够加速氢气的电化学反应速率，促使氢气分解成质子（H+）和电子（e-）。
3. 质子传导：燃料电池中的质子交换膜（PEM）能够选择性地只允许质子通过，从而将质子传递到负极（阳极）侧。
电解质中的负离子也可能移动，但质子的迁移速度更快。
4. 电子流动：负极（阳极）上的电子开始流动，通常会通过一个外部电路来提供功率。
5. 氧气供应：在燃料电池中，氢气的氧化反应需要氧气
（O2），它可以来自空气中的氧气或者是外部提供的纯氧。
氧气会通过气体扩散层进入到负极（阳极）。
6. 氧化反应：在负极（阳极）上，氢气会与氧气和质子发生氧化反应，产生水蒸气（H2O）。
7. 电子与质子的再结合：在负极（阳极）侧，电子和质子再次结合形成水蒸气（H2O），同时释放出电子。
总体来说，燃料电池通过催化剂来加速氢气的电化学反应，将氢气的化学能转化为电能。
负极（阳极）上的电子流动通过外部电路提供功率，质子则通过质子交换膜传导。
最终的氧化反应产生水蒸气，并再次生成电子和质子。
整个过程中，燃料电池不会产生有毒废物，只产生水蒸气和热能。
燃料电池在新能源汽车中的应用
燃料电池在新能源汽车中的应用随着环保意识的不断提高，汽车行业也在探索新的能源形式，其中燃料电池技术备受关注。
燃料电池作为一种不产生废气、无噪音、无污染的能源，具有巨大的潜力被用于新能源汽车上。
一、燃料电池简介燃料电池是利用化学物质之间的反应来产生电能的一种能源转化设备。
它采用氢作为燃料和氧气作为氧化剂，利用氢气在阴极上与氧气在阳极上发生的化学反应产生电能。
其反应产物只有水，无有害气体。
燃料电池的优势在于其高效、环保、节能、可靠、安全等特点，因此被广泛应用于新能源车、航空航天、电站等领域。
二、燃料电池在新能源汽车中的应用1、驱动能力强燃料电池在新能源汽车中的应用最显著的一点就是驱动能力强。
与普通电动汽车相比，燃料电池电车不受电量限制，可实现长时间高速行驶，且需要的加注时间更短，使用起来更方便。
2、零排放燃料电池汽车不使用化石燃料，不产生废气排放，是真正的零排放汽车，对减少环境污染和降低温室气体排放有着显著的贡献。
3、经济性较高虽然燃料电池技术仍处于刚刚起步的阶段，但长期来看，其使用和维护成本将明显低于传统的燃油车。
燃料电池汽车的维护成本主要在于维护电池、燃料电池系统和动力系统，而这些成本远低于传统燃油车排放控制净化设备的成本。
三、燃料电池技术面临的挑战1、成本高目前燃料电池的成本仍然较高，主要原因在于所用材料价格昂贵，并且生产规模大大限制其降价空间。
此外，燃料电池应用的广泛还面临着基础设施建设等难题，也是成本高企的一大因素。
2、能源密度不够高燃料电池目前的能量密度还不够高，也就是说同样重量、体积的电池，以现有技术水平构成的燃料电池汽车的续航里程相对较短，对于大规模商业应用仍具有挑战性。
四、未来展望随着技术的不断推进，燃料电池在新能源汽车领域的市场份额将会不断扩大。
未来的研究和开发重点将集中在如何提高燃料电池的稳定性、延长续航里程等方面。
同时，政府和企业也将加大对于燃料电池技术的投入和推广力度，加速其在新能源汽车中的普及。
Fuel cells 简介【精选】
按电解质的种类可分为 碱性氢氧燃料电池(ＡＦＣ) 磷酸盐型燃料电池(ＰＡＦＣ) 固体氧化物型燃料电池(ＳＯＦＣ) 熔融碳酸盐型燃料电池(ＭＣＦＣ) 聚合物离子膜型燃料电池(ＰＥＭＦＣ)
(1) 碱性氢氧燃料电池(AFC, Alkaline fuel cell) 20世纪50年代起美国就开始对碱性燃料电池进行
PEMFC由若干单电池串联而成。单电池由表面涂有催化剂 的多孔阳极、多孔阴极和置于其间的固体聚合物电解质构成。
优点:
工艺结构简单,开发投入相对较少 可室温下快速起动投入运行 不使用腐蚀性电解液,安全可靠 按负载要求,系统规模可大可小 比功率高,特别适用于军用或民用的可移动电源及电动车辆 发电时无噪声,而且红外信号很弱,在军事领域有着极其重要
采用H3PO4液体做电解质, 工作温度180℃,使用Pt做催 热电联供时总效率为71～85% ● 洁净、对环境污染小, 振动和噪声污染也很小 ● 满负荷运行可达到40000h, 电池的输出电压的降低不大于
10% ● 装置紧凑, 检修空间小, 维修困难 ● PAFC电站可以使用各种气态或液态燃料, 如天然气、液化石
大面积的固体电解质膜,这严重制约了建造大功率SOFC； 电流密度小、电压降高、制造工艺复杂、成膜设备昂贵等
(4) MCFC, Molten carbonate fuel cell
MCFC的电解质由LiCO3和K2CO3组成, 工作温度在 650℃左右, 阴极、阳极电化学反应快, 无需贵金属 催化剂。
2H2O
(2) 燃料电池的特点
A 能量转化效率高
在燃料电池中,燃料不是被燃烧变为热能,而是直 接发电, 不受卡诺热机效率的限制
燃料电池催化层无机造孔剂
燃料电池催化层无机造孔剂1. 燃料电池简介燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，通过氧化还原反应将燃料和氧气转化为水和电能。
燃料电池具有高效、环保、静音等特点，被广泛应用于汽车、航空航天、家庭能源等领域。
2. 催化层在燃料电池中的作用催化层是燃料电池中的关键组件之一，它位于阳极和阴极之间，用于加速氧化还原反应的进行。
催化层通常由贵金属（如铂）载体和无机造孔剂组成。
贵金属作为催化剂可以促进反应速率，而无机造孔剂则起到增加催化层表面积和改善质子传导性能的作用。
3. 无机造孔剂的作用无机造孔剂是一种具有特殊结构的材料，在制备催化层时可以形成孔隙结构，提供更多的表面积以增强吸附和传导性能。
同时，无机造孔剂还可以调控催化层的孔隙大小和分布，提高气体扩散速率和催化反应效率。
4. 常见的无机造孔剂材料在燃料电池催化层的制备中，常见的无机造孔剂材料包括二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、碳纳米管等。
这些材料具有较高的表面积和良好的热稳定性，可以在催化层中形成均匀分布的孔隙结构。
5. 无机造孔剂对催化层性能的影响无机造孔剂的选择和使用方式对催化层性能有重要影响。
首先，无机造孔剂可以调节催化层的孔隙大小和分布，影响氧气和燃料在催化层中的扩散速率。
其次，无机造孔剂还可以增加催化层表面积，提高贵金属颗粒与反应物之间的接触面积，从而增强反应效率。
此外，无机造孔剂还可以改善质子传导性能，提高燃料电池的电导率。
6. 无机造孔剂的制备方法常见的无机造孔剂制备方法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法和模板法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用且简便的制备方法，通过控制溶胶中的物质浓度和pH值，可以得到具有不同孔隙结构和大小的无机造孔剂。
7. 无机造孔剂在燃料电池催化层中的应用无机造孔剂广泛应用于燃料电池催化层的制备中。
通过调节催化层中无机造孔剂的含量和类型，可以优化催化层的性能。
例如，在阳极催化层中添加适量二氧化硅作为无机造孔剂，可以增加氢气在催化层中的扩散速率，提高阳极反应效率。
新能源材料 第三章 燃料电池
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。
3.1.4 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。
用可再生能源的 闭合循环发电系 统
再生燃料电池(RFC)
直接碳燃料电池(DCFC)
几种特殊类型的燃料电池
直接甲醇燃料电池(DMFC) 特 殊 燃 料 电 池
唯一使用固 再生燃料电池(RFC) 体燃料的燃 料电池 直接碳燃料电池(DCFC)
3.1.6 燃料电池的特性
高效率 优点 可靠性高 良好的环境效应
天然气， 轻质油， 燃 料 甲醇等重 整气 发电效率 45～50 40～45 对CO2 不 启动快； 室温常 敏感；成 优点 压下工 本相对较 作 低
电解 纯氢
表5-2
种类 AFC
五种燃料电池特点
PAFC MCFC SOFC PEMFC 电汽车，潜 艇，可移动 动力源 对CO非常 敏感； 反应物需要 加湿
3.1.6 燃料电池的特性
市场价格昂贵
优点
特 性
高温时寿命及 稳定性不理想 燃料电池技 术不够普及 没有完善的燃 料供应体系
存在 问题
3.1.7 燃料电池的应用
燃料电池可以作为宇宙飞船，人造卫星，宇 宙空间站等航天系统的能源，也可以用于并网发 电的高效电站；它可以作为大型厂矿的独立供电 系统，也可作为城市工业区，繁华商业区，高层 建筑物，边远地区和孤立海岛的小型供电站，此 外，它还能用于大型通信设备和家庭的备用电源 以及交通工具的牵引动力等。
燃料电池简介
1.1燃料电池的工作原理
• 燃料电池将其初始的能源转化成电子流 而产生电能。
步骤: 1.反应物输入 2.电化学反应 3.离子通过电解质传导， 电子通过外电路传导。 4.反应物从燃料电池中 排出。
燃料电池截面示意图
1.1燃料电池的工作原理
1.1燃料电池的工作原理
• 燃料电池在酸性电解质和碱性电解质 下工作的对比
1.2燃料电池的分类
• 根据其电解质的不同，燃料电池可分 为5大类型:
• • 1. 聚合物电解质膜燃料电池（
PEMFC） • 2.磷酸盐燃料电池（PAFC） • 3.碱性燃料电池（AFC） • 4.熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
1.2燃料电池的分类
1.4燃料电池的优点
• 发电效率高 • 环境污染小 • 比能量高 • 噪音低 • 燃料范围广 • 负载调节灵活, 可靠性高
2.燃料电: 解释燃料电池的反应过程如何导致性 能损失。
活化能垒
Butler-Volmer方程
• 阐述电化学反应产生的电流随活化过 电势的变化。
Butler-Volmer方程函数曲线
• 由图可以看出 , 如果我们想 从电池中获得 更多电流, 就 必须以损失电 压为代价
PEMFC的结构
• 电解质膜非常薄
• 电解质膜两边是一 层薄的催化剂和多 孔的碳电极支撑材 料。
• 形成 电极-催化剂膜-催化剂-电极 结 构。
结构示意图
PEMFC的优缺点
优点: 高；
用。 缺点:
1.在所有燃料电池类型中功率密度最
2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应
1.电池材料成本高； 2.需要良好的动态水管理； 3.对CO和S的容忍度很差
• 16 公斤（35 磅）重的 UATC（包含了 6 公斤有效载荷）可通过燃料电池动力 系统实现 6 小时飞行, 其而没有毒气的 排放。
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。
燃料电池氢气流道深度
燃料电池氢气流道深度1. 简介燃料电池是一种利用氢气和氧气反应产生电能的装置。
而氢气流道则是燃料电池中的一个重要组成部分，用于将氢气输送到电极反应层，实现电化学反应。
本文将深入探讨燃料电池氢气流道的结构、设计原则以及优化方法。
2. 燃料电池氢气流道结构燃料电池氢气流道通常由以下几个部分组成：2.1 氢气进气口氢气进气口是氢气流道的入口，通常位于燃料电池堆的一侧。
其设计应考虑氢气的流量和压力，以保证稳定的氢气供应。
2.2 氢气分配板氢气分配板位于氢气进气口与电极反应层之间，用于将氢气均匀地分配到电极反应层中。
分配板的设计应确保氢气的均匀分布，避免出现氢气流量不均匀的情况。
2.3 氢气流道板氢气流道板是氢气流道的核心部分，通常由多个氢气通道组成。
氢气在流道板中流动时，会与流道板表面发生摩擦，从而产生压力损失。
因此，流道板的设计应尽量减小氢气流动的阻力，提高氢气的流通效率。
2.4 氢气出口氢气出口是氢气流道的出口，通常位于电极反应层的一侧。
其设计应确保氢气能够顺利地流出流道，避免压力堆积和氢气泄漏。
3. 燃料电池氢气流道设计原则在设计燃料电池氢气流道时，需要考虑以下几个原则：3.1 均匀分配氢气为了保证燃料电池的稳定运行，氢气在流道中应均匀分布到电极反应层。
因此，氢气流道的设计应确保氢气能够均匀地流过整个电极反应层，避免出现氢气流量不均匀的情况。
3.2 减小压力损失氢气在流动过程中会产生摩擦，从而导致压力损失。
为了提高氢气的流通效率，氢气流道的设计应尽量减小氢气流动的阻力。
常用的方法包括优化流道板的形状和尺寸，以及采用光滑的表面处理技术。
3.3 防止氢气泄漏氢气是一种易燃易爆的气体，因此在氢气流道的设计中，需要采取措施防止氢气的泄漏。
常用的方法包括使用密封材料、加强连接处的密封性以及进行泄漏测试等。
4. 燃料电池氢气流道优化方法为了进一步提高燃料电池的性能，可以采用以下优化方法：4.1 流道板材料选择选择合适的流道板材料可以降低氢气的摩擦阻力，提高氢气的流通效率。
燃料电池ic比值
燃料电池IC比值1. 燃料电池简介燃料电池是一种利用化学能转换为电能的设备，其工作原理类似于电池。
燃料电池通过氧化剂（通常是空气中的氧气）和还原剂（通常是氢气或可燃性有机物）之间的化学反应，产生电能。
燃料电池具有高能量转换效率、零排放、低噪音等优点，被广泛应用于交通运输、能源存储等领域。
2. 燃料电池IC比值的定义燃料电池IC比值是衡量燃料电池系统整体性能的指标之一。
IC比值是指燃料电池系统输出的直流电功率与输入的燃料电池燃料的热值之比。
IC比值越高，表示燃料电池系统能够更有效地将燃料转化为电能，具有更高的能量转换效率。
3. 影响燃料电池IC比值的因素3.1 燃料电池类型不同类型的燃料电池具有不同的IC比值。
常见的燃料电池类型包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等。
这些燃料电池类型的IC比值受到材料特性、反应速率等因素的影响。
3.2 燃料电池温度燃料电池的工作温度对IC比值有重要影响。
一般来说，较高的温度有助于提高燃料电池的反应速率和电导率，从而提高IC比值。
然而，过高的温度也会引起材料的腐蚀和寿命缩短等问题。
3.3 燃料质量燃料电池的燃料质量对IC比值有直接影响。
燃料质量的好坏决定了燃料电池反应的效率和稳定性。
纯度高、含杂质少的燃料可以提高燃料电池的IC比值。
3.4 氧化剂供应燃料电池中的氧化剂供应对IC比值有重要影响。
充足的氧气供应可以提高燃料电池的反应速率和效率，从而提高IC比值。
3.5 燃料电池系统设计燃料电池系统的设计对IC比值也有一定影响。
合理的系统设计可以优化燃料电池的工作条件，提高系统的能量转换效率和IC比值。
4. 提高燃料电池IC比值的方法4.1 优化燃料电池材料通过研究和开发新型的燃料电池材料，可以提高燃料电池的反应速率和电导率，从而提高IC比值。
4.2 控制燃料电池温度合理控制燃料电池的工作温度，可以在保证反应速率的同时，避免材料腐蚀和寿命缩短等问题，提高IC比值。
甲醇燃料电池正负极反应式
甲醇燃料电池正负极反应式甲醇燃料电池是一种新型的燃料电池，它以甲醇为燃料，通过电化学反应将其转化为电能。
甲醇燃料电池具有高能量密度、低排放、可再生等优点，因此被广泛应用于移动设备、汽车等领域。
其中，正负极反应式是甲醇燃料电池的核心之一，本文将对其进行详细介绍。
一、甲醇燃料电池简介1.1 甲醇燃料电池的工作原理甲醇燃料电池是一种直接氧化物质的燃料电池。
它由阳极（负极）、阴极（正极）和离子交换膜组成。
在阳极上，甲醇被氧化成二氧化碳和水，并释放出电子和质子。
这些电子通过外部线路流向阴极，在那里与氧气结合形成水，并释放出能量。
质子则穿过离子交换膜流向阴极，在那里与氧气结合生成水。
1.2 甲醇燃料电池的优点相比于传统的燃料电池，甲醇燃料电池具有以下优点：（1）高能量密度：甲醇燃料电池的能量密度比锂离子电池高出数倍，可以满足大部分移动设备和汽车的需求。
（2）低排放：甲醇燃料电池只产生水和二氧化碳，没有其他有害气体的排放，对环境友好。
（3）可再生：甲醇是一种可再生的燃料，在使用过程中可以通过再生技术进行回收利用。
二、甲醇燃料电池正负极反应式2.1 阴极反应式阴极反应式是指在阴极上发生的化学反应。
在甲醇燃料电池中，阴极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O这个反应式表示，在阴极上，氧气与质子和电子结合生成水。
这个过程释放出能量，供给外部线路使用。
2.2 阳极反应式阳极反应式是指在阳极上发生的化学反应。
在甲醇燃料电池中，阳极反应式为：CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-这个反应式表示，在阳极上，甲醇和水发生氧化反应，生成二氧化碳、质子和电子。
其中，质子穿过离子交换膜流向阴极，电子则通过外部线路流向阴极。
2.3 反应式的意义正负极反应式是甲醇燃料电池工作的核心之一。
它们描述了在阳极和阴极上发生的化学反应，是将甲醇转化为电能的关键步骤。
了解正负极反应式有助于我们深入理解甲醇燃料电池的工作原理和性能优势。
燃料电池cvm检测原理
燃料电池cvm检测原理燃料电池CVM（Cyclic Voltammetry Method）检测原理是一种常用的测试方法，用于评估燃料电池的电化学性能和催化剂活性。
本文将介绍燃料电池CVM检测原理及其应用。
1. 燃料电池简介燃料电池是一种能够直接将化学能转化为电能的装置。
它由阴极、阳极和电解质层组成，通过氧化剂在阴极和燃料在阳极之间的反应来产生电能。
燃料电池具有高效率、低排放、静音等优点，被广泛应用于新能源汽车、航空航天等领域。
2. CVM检测原理CVM是一种基于电化学原理的测试方法，通过测量燃料电池在不同电位下的电流响应，可以确定电池的性能参数和催化剂活性。
CVM 测试通常使用一个工作电极、一个参比电极和一个对比电极构成的三电极系统。
在CVM测试中，首先将电池置于一个恒定的电位，然后通过改变电位来驱动电池中的反应。
在测试过程中，测量电池的电流响应，并绘制电流-电位曲线。
根据电流-电位曲线的形状和特征，可以推断出燃料电池的性能参数和催化剂活性。
3. CVM测试参数通过CVM测试，可以获得一系列的电流-电位曲线。
根据这些曲线，可以计算出一些重要的性能参数，如开路电压（OCV）、最大输出功率（Pmax）和峰值电流密度（Ip）。
这些参数可以用来评估燃料电池的性能和催化剂的活性。
CVM测试还可以用来研究燃料电池在不同工作条件下的动力学响应。
通过改变电位扫描速率和扫描范围，可以了解电池的动态特性和反应速率。
4. CVM应用领域燃料电池CVM测试广泛应用于燃料电池研究和开发中。
它可以用来评估不同催化剂的活性、比较不同电解质材料的性能、优化电极结构和测试电池的稳定性等。
CVM测试还可以用于燃料电池的故障诊断和寿命评估。
通过监测电池的电流响应，可以及时发现电池中的问题，并采取相应的措施来修复或更换故障部件。
5. 结论燃料电池CVM检测原理是一种有效的测试方法，可以评估燃料电池的电化学性能和催化剂活性。
通过测量电流-电位曲线，可以获得重要的性能参数，并用于研究电池的动力学响应。
- 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)。
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。
磷酸燃料电池PAFC
磷酸燃料电池是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。使用液体磷 酸为电解质。磷酸燃料电池的工作温度要位于150 - 200℃左右，但 仍需电极上的白金催化剂来加速反应。由于其工作温度较高，所以其 阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。且较高 的工作温度也使其对杂质的耐受性较强。 磷酸燃料电池的效率比其它燃料电池低，约为40%，其加热的时间也 比质子交换膜燃料电池长。优点是构造简单，稳定，电解质挥发度低 等。磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力。
燃料电池的分类
燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC）采用氢氧化钾溶液作为电解液 磷酸盐型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）采用200℃高温下
的磷酸作为其电解质
熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）采用熔融
参考数据
发电功率（单位：MW） 应用类型 移动型 固定型 交通运输 合计 发电功率（单位：MW） 地区 欧洲 北美 亚洲 其他地区 合计 发电功率（单位：MW） 技术类型 PEMFC DMFC PAFC SOFC MCFC AFC 合计 2007 0.3 30.7 6.1 37.1 2008 0.3 33.2 17.6 51.1 2009 1.5 35.4 49.6 86.5 2010 2.3 32.9 54.8 90.0 2011 2.8 54.6 28.8 86.2
直接甲醇燃料电池DMFC
属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，直接使用甲醇水溶液或 蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制 氢以供发电。 相较于质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、 燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池可 能成为未来便携式电子产品应用的主流。 体积小巧，燃料使用便利，洁净环保，可以用作移动电话和膝上型电 脑的电源，将来还具有为指定的终端用户使用的潜力； 其缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比常规的质子交换膜燃 料电池需要更多的白金催化剂。
2008 28.9 0.3 8.6 1.3 12.0 0.0 51.1
2009 60.0 1.1 6.3 1.1 18.0 0.0 86.5
2010 66.4 1.1 7.9 6.7 7.7 0.2 90.0
2011 48.1 1.3 3.4 6.0 27.3 0.1 86.2
资料来源：Fuel Cell Today
2007-2011全球燃料电池出货量（根据应用方式划分）
单位：千套
资料来源：Fuel Cell Today
2007-2011全球燃料电池发电功率（根据应用方式划分）
单位：MW
资料来源：Fuel Cell Today
2007-2011全球燃料电池出货量（根据地区划分）
单位：千套
资料来源：Fuel Cell Today
2008 12.3 5.4 0.0 0.0 0.0 0.0 17.7
2009 158.8 5.8 0.0 0.1 0.0 0.0 164.7
2010 222.8 6.7 0.0 0.1 0.0 0.0 229.6
2011 277.7 7.5 0.0 0.4 0.0 0.0 285.6
资料来源：Fuel Cell Today
燃料电池简介
目录
燃料电池的概念 燃料电池的分类 燃料电池的优势 燃料电池的发展现状 燃料电池汽车
燃料电池的概念
简单地说，燃料电池(Fuel Cell)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”。电能转换效率一般为45%-60%，而火力发电 的效率一般在30%-40%。 燃料电池的概念是1839年W.Grove提出的，至今已有大约160年的历 史。 最近五年商业化发展非常迅速，在航空航天、交通运输、消费电 子产品及固定供电供热装置等领域有了很多成功运用。 目前燃料电池根据应用方式不同，分为三大应用领域类型：移动型 （Portable)、固定型(Stationary)、交通运输(Transport)
2007 4.9 19.6 12.0 0.6 37.1
2008 5.0 23.0 22.8 0.3 51.1
2009 2.9 37.6 45.3 0.7 86.5
2010 5.8 41.2 42.6 0.4 90.0
2011 8.9 57.9 19.2 0.2 86.2
2007 10.6 0.3 1.4 0.7 24.1 0.0 37.1
固态氧化物燃料电池SOFC
固态氧化物燃料电池工作温度比熔融碳酸盐燃料电池的温度还要高， 其工作温度位于800-1000℃之间。在这种燃料电池中，当氧阳向离子 从阴极移动到阳极氧化燃料气体（主要是氢和一氧化碳的混合物）使 便产生能量。阳极生成的电子通过外部电路移动返回到阴极上，减少 进入的氧，从而完成循环。 固态氧化物燃料电池对目前所有燃料电池都有的硫污染具有最大的耐 受性。由于它们使用固态的电解质，这种电池比熔融碳酸盐燃料电池 更稳定。 固态氧化物燃料电池的效率约为60%左右，可考虑用于大型发电厂。
2007 6.9 3.0 1.8 0.1 11.8
2008 6.2 3.1 8.4 0.0 17.7
2009 79.5 63.3 21.8 0.1 164.7
2010 116.7 83.3 29.5 0.1 229.6
2011 144.8 104.4 36.3 0.1 285.6
2007 3.4 8.3 0.0 0.1 0.0 0.0 11.8
燃料电池的优势
洁净、安全的发电装置 有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低；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 能量转化效率高 直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程。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% 多燃料系统 可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料 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
DMFC：直接甲醇燃料电池 MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池 P AFC：磷酸盐型燃料电池
参考数据
出货量（单位：千套） 应用类型 移动型 固定型 交通运输 合计 出货量（单位：千套） 地区 欧洲 北美 亚洲 其他地区 合计 出货量（单位：千套） 技术类型 PEMFC DMFC PAFC SOFC MCFC AFC 合计 2007 9.5 2.0 0.3 11.8 2008 13.3 3.6 0.8 17.7 2009 156.0 6.7 2.0 164.7 2010 219.8 7.4 2.4 229.6 2011 274.0 10.0 1.6 285.6
燃料电池汽车 FCEV-Fuel Cell Electric Vehicle
• 燃料电池汽车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大 气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动汽车。甲醇、 天然气和汽油也可以替代氢（从这些物质里间接地提取氢），不过将会产生极 度少的二氧化碳和氮氧化物。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。 • 在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下，主要国家的污染法规 渐趋严格，因此对低污染车辆之需求势必增加。汽车业界近年来一直致力于开 发氢燃料电池车。其中较为领先的有美国通用、德国戴姆勒、日本丰田和本田 等。 国内有上海的上汽集团、同济大学汽车学院。 • 由同济大学与国内五大整车厂合作生产、在上海世博园区示范运营的196辆燃料 电池汽车（含90辆燃料电池轿车、6辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光车）， 自上海世博会开园以来连续运行5个月。其中，仅在园区内高架步道及北环路运 行的燃料电池观光车一种车型，已累计载客137万人次，总行驶里程达44万余 公里。