武汉理工大学-燃料电池技术-复习要点

《燃料电池技术基础》课程复习要点

课程教学内容

燃料电池的综述

电极热力学、动力学、发电效率与电催化（重点）

质子交换膜燃料电池（PEMFC）（重点）

直接甲醇燃料电池（DMFC）（重点）

碱性燃料电池（AFC）

磷酸燃料电池（PAFC）

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）

固态氧化物燃料电池（SOFC）（重点）

燃料电池的表征（重点）

第1章燃料电池的综述

燃料电池(Fuel Cell)的定义

燃料电池与一般传统电池(battery) 的相同点与不同点

燃料电池按照燃料的来源分类

氢氧燃料电池的概念

氢氧燃料电池基本结构

燃料电池的种类

燃料成分对燃料电池的影响

各种燃料电池的电解质、催化剂、工作温度、性能特点

构成燃料电池的基本元件

燃料电池所采用的电解质隔膜的分类

电极触媒层必须同时具备的四种通道

电解质的功能

电解质的分类及其特点

为什么电解质载体所制作的多孔隔膜的孔径必须小于多孔电极的孔径？

对燃料电池双极板材料有什么要求？

双极板材料及其优缺点

燃料电池组的组装方式、设计流程

电池组密封的主要问题及其解决方法

第2章电极热力学、动力学、发电效率与电催化

为什么要研究电极热力学和动力学？

电极热力学(electrode thermodynamics)的概念

可逆燃料电池、可逆电极、可逆电极电位的概念

自由能与理想电位的关系、理想电位与温度的关系、理想电位与压力的关系（活性度的概念、反应物质活性度大小的表现、Nernst方程式）

燃料电池的电动势

极化(polarization)、过电位(overpotential)

三类极化、三类过电位、极化曲线图

Tafel方程与Tafel图

能量转换装置的效率

燃料电池理想效率、电化学效率、燃料电池的实际效率、燃料电池系统效率及其相互关系

电催化的概念

电催化剂的作用原理：通过改变反应途径，使反应过程中的活化能降低

评价燃料电池电催化剂(触媒)的三个主要技术指标：稳定性、电催化活性、电导率

第3章质子交换膜燃料电池(PEMFC)

基本结构:包括两块多孔气体扩散电极与固态高分子聚合物电解质膜

PEMFC的工作原理、特点

质子交换膜的电阻与膜内的水分含量、膜的厚度有关。

构成质子交换膜燃料电池的关键材料与元器件：质子交换膜，触媒与电催化反应、电极、膜电极组、双极板与流场

PEM的功用与特性

Nafion 膜的立体结构：主干、离子簇、侧键

氢离子在质子交换膜中的传导机制

质子交换膜内水迁移主要形式：电渗力、扩散作用、压力作用

气体扩散层GDL的功用及其材质特性

目前GDL材料

影响单电池性能的因素

电池组的关键技术：密封、水管理、增湿、散热等

水管理不当造成的负面影响：膜脱水(dewatering)、电极水泛滥(flooding)或者反应气体被水蒸气稀释(dilution)等

散热方式：对流或相变化(或蒸发)

第4章直接甲醇燃料电池(DMFC)

电极反应方程式

PEMFC与DMFC电极过电位的比较

甲醇在铂触媒表面的吸附/脱氢过程的反应机制

影响DMFC性能的因素（表）

第5章碱性燃料电池(AFC)

电解质载体、电解质、工作温度

特点、缺点

导电离子、水生成侧

比能量的概念，质量比能量、体积比能量

第6章磷酸燃料电池(PAFC)

电解质、工作温度

三相界面的原理

冷却技术：沸腾冷却与强制对流冷却两种

第7章熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)

电解质、电解质载体、工作温度、载流子、催化剂

第8章固态氧化物燃料电池(SOFC)

SOFC的工作原理、特点

载流子的概念：携带电荷进行定向输送形成电流的带电质点。

固态电解质：具有某种离子或载流子的固体物质称为固态电解质

固体电解质的分类：按导电离子的种类分为阴离子固体电解质、阳离子固体电解质及混合型固体电解质三大类。

阴离子固体(态)电解质

阳离子固体(态)电解质

SOFC电池结构形式：管式(tubular design)，叠层波纹板式(monolithic design)和平板式(planar design)

杂质对性能的影响

第9章燃料电池的表征

了解可能需要表征的各种燃料电池特性参数

表征燃料电池有两个主要目的

燃料电池表征技术的分类：电化学表征技术(现场)；非现场表征技术。

电化学表征技术(现场)：运用电化学变量如电压、电流、时间来表征燃料电池在工作条件下的性能。

主要的现场电化学表征方法

主要的非现场表征方法

两类基本的电化学表征技术：恒电势技术和恒电流技术

恒电势技术和恒电流技术的基本概念和特点

测量燃料电池的i-V曲线时，需要注意的要点：1）必须保证稳态；2）必须记录测试条件

对稳态的理解

需要记录的重要测试条件

反应物流速控制的两种方法：固定流速条件、固定化学计量条件，其含义

夹持力对电池性能的影响

其他基本知识

常用缩写