燃料电池简介ppt课件
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燃料电池专业知识 ppt课件
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气体扩散层GDL (gas diffusion layer)
作用：传质，导电，传热，支持催化层，导水 要求：高孔隙率，接触电阻小，内阻小，导热好，稳定性高不降解，强度高 材料：石墨化碳纸或碳布
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11
流场板FP （Flow Plate）
对于水冷流场，又称为双极板Bipolar-plate 作用：气体分配，集流，导热，密封 要求：重量小，高电导，高热导，耐腐蚀，耐压，低成本 材料：石墨，合金
燃料电池专业知识
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1
第一章 燃料电池原理和构成
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2
什么是燃料电池
定义： 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
氧化剂
电能
其他？
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3
Hydrogen
Fuel Cell
Oxygen Heat
Electric power
增程器 动力电池
电能
电机
机械能
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22
150~200公里
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23
整车 控制系 统
动力电池
燃料 电池
DC/DC
电机 控制 器
储氢 供氢系 统
车辆 附件总 成 燃料 电池附 件
驱动 电机
驱动桥
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24
DCDC
DC：直流电，direct current AC：交流电，Alternating current DCDC：直流到直流变换器，主要是将某个直流电压转化至另一个直流电压。 解决两个设备电压不匹配的问题。
作为锂离子电池负极材料-钛酸锂（区别于石墨），可与锰酸锂、三元材料或 磷酸铁锂等正极材料组成电池。
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 课件
(1)乙烯(C2H4) 负极: ; (2)乙烷(C2H6) 负极: ; (3)丙烷(C3H8) 负极: ; (4)丁烷(C4H10) 负极: ; (5)甲醇(CH3OH) 负极: ; (6)乙醇(C2H5OH) 负极: 。
答案:(1)C2H4+16OH--12e- 2CO32-+10H2O (2)C2H6+18OH--14e- 2CO32-+12H2O (3)C3H8+26OH--20e- 3CO32-+17H2O (4)C4H10+34OH--26e- 4CO32-+22H2O (5)CH3OH+8OH--6e- CO32-+6H2O (6)C2H5OH+16OH--12e- 2CO32-+11H2O
燃料电池
预习导引
1.燃料电池:燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的 一种原电池,所以燃料电池也是化学电源。它与其他电池不同,它不 是把还原剂、氧化剂全部贮存在电池内,而是在工作时,不断地从外 界输入,同时把电极反应产物不断排出电池。因此,燃料电池是名符 其实地把化学能直接转化为电能的“能量转换器”。燃料电池的正极 和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。从负极连续通入氢气、 煤气、水煤气、甲烷等气体;从正极连续通入氧气或空气。电解液可 以用碱(如氢氧化钠或氢氧化钾等)把两个电极隔开。燃料电池中的 最终产物和燃烧时的产物相同。
Hale Waihona Puke (4)一般燃料电池的负极反应都是采用间接方法书写,即按上述 要求先正确写出燃料电池的总反应和正极反应,然后在电子守恒的 基础上用总反应减去正极反应即得负极反应。
2.有机物燃料电池
活动与探究 2
将铂丝插入 KOH 溶液作电极,然后向两个电极上分别通入甲烷
答案:(1)C2H4+16OH--12e- 2CO32-+10H2O (2)C2H6+18OH--14e- 2CO32-+12H2O (3)C3H8+26OH--20e- 3CO32-+17H2O (4)C4H10+34OH--26e- 4CO32-+22H2O (5)CH3OH+8OH--6e- CO32-+6H2O (6)C2H5OH+16OH--12e- 2CO32-+11H2O
燃料电池
预习导引
1.燃料电池:燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的 一种原电池,所以燃料电池也是化学电源。它与其他电池不同,它不 是把还原剂、氧化剂全部贮存在电池内,而是在工作时,不断地从外 界输入,同时把电极反应产物不断排出电池。因此,燃料电池是名符 其实地把化学能直接转化为电能的“能量转换器”。燃料电池的正极 和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。从负极连续通入氢气、 煤气、水煤气、甲烷等气体;从正极连续通入氧气或空气。电解液可 以用碱(如氢氧化钠或氢氧化钾等)把两个电极隔开。燃料电池中的 最终产物和燃烧时的产物相同。
Hale Waihona Puke (4)一般燃料电池的负极反应都是采用间接方法书写,即按上述 要求先正确写出燃料电池的总反应和正极反应,然后在电子守恒的 基础上用总反应减去正极反应即得负极反应。
2.有机物燃料电池
活动与探究 2
将铂丝插入 KOH 溶液作电极,然后向两个电极上分别通入甲烷
PEMFC——燃料电池课件
4）PEMFC效率一般在50％左右，极化主要在氧阴 极，因此扩散层尤其是氧电极的扩散层应是热的良 导体。
5）扩散层材料与结构应能在PEMFC工作条件下保 持
扩散层的上述功能采用石墨化的炭纸或炭布是 可以达到的，但是PEMFC扩散层要同时满足 反应气与产物水的传递，并具有高的极限电流， 则是扩散层制备过程中最难的技术问题。
下图为PEMFC的工作原理示意图。
由图可知，构成PEMFC的关键材料与部件 为电催化剂、电极(阴极与阳极)、质子交换 膜和双极板。
PEMFC中的电极反应类同于其他酸性电解质燃料电 池。阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反 应:
阳极反应： H2 2H 2e
该电极反应产生的电子经外电路到达阴极，氢离子则 经质子交换膜到达阴极。氧气与氢离子及电子在阴极 发生反应生成水。生成的水不稀释电解质，而是通过 电极随反应尾气排出。
交指状流场是一种正在开发的新型流场。它的优 点是强迫反应气流经电极的扩散层强化扩散层的 传质能力，同时将扩散层内水及时排出。
但这种流场在确保反应气在电极各处的均匀分配 与控制反应气流经流场的压力降方面均需深入研 究，并与相应工艺开发相配合。
上述各种流场的脊部分靠电池组装力与电极 扩散层紧密接触，而沟部分为反应气流的通 道，一般沟槽部分面积与脊部分面积之比为 流场的开孔率。
对于PEMFC,由于膜为高分子聚合物,仅靠电池组的组 装力,不但电极与膜之间的接触不好,而且质子导体也无 法进入多孔气体电极的内部。为了实现电极的立体化， 需向多孔气体扩散电极内部加入质子导体（如全氟磺 酸树脂），同时为改善电极与膜的接触，将已加入全 氟磺酸树脂的阳极，隔膜（全氟磺酸膜）和已加入全 氟磺酸树脂的阴极压合在一起，形成了“三合一”组 件（MEA）
5）扩散层材料与结构应能在PEMFC工作条件下保 持
扩散层的上述功能采用石墨化的炭纸或炭布是 可以达到的，但是PEMFC扩散层要同时满足 反应气与产物水的传递，并具有高的极限电流， 则是扩散层制备过程中最难的技术问题。
下图为PEMFC的工作原理示意图。
由图可知，构成PEMFC的关键材料与部件 为电催化剂、电极(阴极与阳极)、质子交换 膜和双极板。
PEMFC中的电极反应类同于其他酸性电解质燃料电 池。阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反 应:
阳极反应： H2 2H 2e
该电极反应产生的电子经外电路到达阴极，氢离子则 经质子交换膜到达阴极。氧气与氢离子及电子在阴极 发生反应生成水。生成的水不稀释电解质，而是通过 电极随反应尾气排出。
交指状流场是一种正在开发的新型流场。它的优 点是强迫反应气流经电极的扩散层强化扩散层的 传质能力，同时将扩散层内水及时排出。
但这种流场在确保反应气在电极各处的均匀分配 与控制反应气流经流场的压力降方面均需深入研 究，并与相应工艺开发相配合。
上述各种流场的脊部分靠电池组装力与电极 扩散层紧密接触，而沟部分为反应气流的通 道，一般沟槽部分面积与脊部分面积之比为 流场的开孔率。
对于PEMFC,由于膜为高分子聚合物,仅靠电池组的组 装力,不但电极与膜之间的接触不好,而且质子导体也无 法进入多孔气体电极的内部。为了实现电极的立体化， 需向多孔气体扩散电极内部加入质子导体（如全氟磺 酸树脂），同时为改善电极与膜的接触，将已加入全 氟磺酸树脂的阳极，隔膜（全氟磺酸膜）和已加入全 氟磺酸树脂的阴极压合在一起，形成了“三合一”组 件（MEA）
PEMFC——燃料电池课件.
由图可知，构成 PEMFC 的关键材料与部件 为电催化剂、电极 ( 阴极与阳极 ) 、质子交换 膜和双极板。
PEMFC 中的电极反应类同于其他酸性电解质燃料电 池。阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反 应: 阳极反应： H 2 2H 2e 该电极反应产生的电子经外电路到达阴极，氢离子则 经质子交换膜到达阴极。氧气与氢离子及电子在阴极 发生反应生成水。生成的水不稀释电解质，而是通过 电极随反应尾气排出。
2.电池组： 电池组的主体为MEA，双极板及相应 可兼作电流导出 板，为电池组的正极；另一端为阳单极板，也可兼作 电流导入板，为电池组的负极，与这两块导流板相邻 的是电池组端板，也称为夹板。在它上面除布有反应 气与冷却液进出通道外，周围还布置有一定数目的圆 孔，在组装电池时，圆孔内穿入螺杆，给电池组施加 一定的组装力。 若两块端板用金属(如不锈钢、铁板、超硬铝等)制作， 还需在导流板与端板之间加入由工程塑料制备的绝缘 板。
质子交换膜燃料电池
1 工作原理
质 子 交 换 膜 型 燃 料 电 池 (Proton exchange membrane fuel cells，PEMFC)以全氟磺酸型固体 聚合物为电解质，铂 / 炭或铂 - 钌 / 炭为电催化剂， 氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂， 带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为 双极板。 下图为PEMFC的工作原理示意图。
流场结够对 PEMFC 电池组至关重要，而且与反应 气纯度、电池系统的流程密切相关。 因此，在设计电池组结构时，需根据具体条件，如 反应气纯度、流程设计（如有无尾气回流，如有， 回流比是多少等）进行化工设计，各项参数均要达 到设计要求，并经单电池实验验证可行后方可确定。
电池组密封： 要求是按照设计的密封结构，在电池组组装力的 作用下，达到反应气、冷却液不外漏，燃料、氧 化剂和冷却液不互窜。
质子交换膜燃料电池PPT课件
05
PEMFC性能评价与测试方 法
PEMFC性能评价指标
输出功率密度
单位面积或单位体积电池的输出 功率，反映电池的能量转换效率
。
开路电压
电池在开路状态下的电压，与电 池内部的电化学反应有关。
电流密度
单位面积电池的输出电流，影响 电池的输出功率和效率。
温度特性
电池在不同温度下的性能表现， 包括启动、运行和关机过程中的 温度变化对电池性能的影响。
笔记本电脑、手机等
PEMFC应用领域及前景
固定式电源
家庭、数据中心等
降低成本
通过研发新材料和工艺，降低 PEMFC成本
PEMFC应用领域及前景
固定式电源
家庭、数据中心等
降低成本
通过研发新材料和工艺，降低 PEMFC成本
PEMFC应用领域及前景
提高耐久性
改进电池结构和材料，提高电池寿命 和稳定性
燃料电池类型及特点
碱性燃料电池（AFC）
采用氢氧化钾溶液作为电解质，具有高效率、低污染等优点，但需要纯净的氢气和 氧气作为燃料和氧化剂，且对二氧化碳敏感。
燃料电池类型及特点
碱性燃料电池（AFC）
采用氢氧化钾溶液作为电解质，具有高效率、低污染等优点，但需要纯净的氢气和 氧气作为燃料和氧化剂，且对二氧化碳敏感。
01
燃料电池概述
01
燃料电池概述
燃料电池定义与原理
燃料电池定义
燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆过程，通过向燃 料电池堆输入氢气和氧气（或空气），在催化剂的作用下，经过电化学反应生成水并对外输出电能。
燃料电池工作原理
燃料电池的核心部件是质子交换膜，它只允许质子通过而阻止电子和气体通过。在阳极，氢气在催化剂的作用下 分解成质子和电子，质子通过质子交换膜传递到阴极，而电子则通过外电路传递到阴极，形成电流。在阴极，氧 气与质子和电子结合生成水。
燃料电池简介PPT课件
燃料
高纯H2
H2
H2
H2-CO CH4
H2-CO CH4
氧化剂
高纯O2
空气
空气
空气+CO2
空气
电解质
KOH
H3PO4 质子交换膜 (K,Li)2CO3 Y2O3,ZrO2
阳极催化剂
Pt
阴极催化剂
Pt
Pt
Pt
Pt
Pt
CHENLI
Ni
Ni, ZrO2
NiO
La-SrMnO2
6
燃料电池的分类
按燃料电池所用原始燃料的类型，可大致 分为
CHENLI
3
燃料电池的基负极和夹在正负极中间的电解质板所组 成。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。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。
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）
采用熔融态碳酸盐作为其电解质
固体氧化物型燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）
采用固态电解质
固体聚合物燃料电池（Solid Polymer Fuel Cell,SPFC,又称为质子交换膜 燃料电池，Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）
氢燃料电池
通用汽车公司已研制成功使用液氢燃料电池产生动 力的零排放概念车“氢动一号”，该车加速快，操 作灵活，从0~100km/h加速仅16秒，最高时速可达 140km/h，续驰里程400km。
《燃料电池》课件
《燃料电池》PPT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。
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(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
燃料电池技术及应用PPT课件
• 有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低 Ｃ Ｏ2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机 械振动。
• 燃料适用范围广
燃料电池的优点
• 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
再生氢氧电池（AFC）
再生氢氧燃料电池 将水电解技术(电能 +2H2O→2H2+O2)与氢 氧燃料电池技术 (2H2+O2→H20+电能)相 结合 ,氢氧燃料电池的燃 料 H2、氧化剂O2可通 过水电解过程得以“再 生”, 起到蓄能作用。可 以用作空间站电源。
熔融碳酸燃料电池（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：
这种燃料电池以甲醇为能量来源。
这种燃料电池以甲醇为能量来源，手机， 笔记本电脑将不再用充电。
固体氧化物燃料电池
• 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。 其工作原理如图所示：
净输出功率100kw最大稳定输出功率120kw峰值输出功率150kw电压300480v可以根据用户要求调整电流0400a能量转化效率4552燃料存储方式高压铝内胆碳纤维缠绕环氧树脂浸渍的储氢罐燃料类型气态氢操作环境温度050相对湿度095工作温度6080工作压力常压物理特性长宽高1040mm680mm690mm2重量560kg不包括驱动电机噪声76db120kw第三代燃料电池大巴发动机30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
• 燃料适用范围广
燃料电池的优点
• 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
再生氢氧电池（AFC）
再生氢氧燃料电池 将水电解技术(电能 +2H2O→2H2+O2)与氢 氧燃料电池技术 (2H2+O2→H20+电能)相 结合 ,氢氧燃料电池的燃 料 H2、氧化剂O2可通 过水电解过程得以“再 生”, 起到蓄能作用。可 以用作空间站电源。
熔融碳酸燃料电池（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：
这种燃料电池以甲醇为能量来源。
这种燃料电池以甲醇为能量来源，手机， 笔记本电脑将不再用充电。
固体氧化物燃料电池
• 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。 其工作原理如图所示：
净输出功率100kw最大稳定输出功率120kw峰值输出功率150kw电压300480v可以根据用户要求调整电流0400a能量转化效率4552燃料存储方式高压铝内胆碳纤维缠绕环氧树脂浸渍的储氢罐燃料类型气态氢操作环境温度050相对湿度095工作温度6080工作压力常压物理特性长宽高1040mm680mm690mm2重量560kg不包括驱动电机噪声76db120kw第三代燃料电池大巴发动机30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
燃料电池课件PPT(47页)
采用非铂系催化剂
化学性质稳定
缺点：
氧化剂中必须不含有CO2。 燃料中必须不含CO2 电池电化学反应生成的水必须及时排出，维持水
平衡。
磷酸盐燃料电池（PAFC)
PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池 。 PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂， 浸有浓磷酸的SiC 微孔膜作电解质 ， Pt/C 作 催化剂 ，工作温度 200℃ 。
具体做法是将全氟磺酸树脂玻璃化温度下施加一定压力，将以加入全氟磺酸树脂的氢电极（ 阳极 ）、隔膜( 全氟磺酸型质 子交换膜) 和 已加入全氟磺酸树脂的氧电极（阴极）压和在一起，形成了电极-膜-电极三合一组 件 ，
200℃左右 ，能量 SOFC的电解质是固体氧化物 ， 如 ZrO2 、 Bi2O3 等 ， 其阳 极是Ni-YSZ陶瓷 ， 阴 极目前主要采用 锰酸镧 (LSM，La1-xSrxMnO3 ) 材料。
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。
碱性燃料电池工作示意图
AFC电极的制备工艺
AFC的电极设计要求电极具有高度稳定性的气、液、 固三相界面。
双孔结构电极 电极分两层，粗孔层和细孔层，粗孔层与 气室相连，细孔层与电解质接触。电极工作时，粗孔层 内充满反应气体，细孔层内填满电解液。细 孔层的电解 液浸润粗孔层，液气界面形成并发生电化学反应，离子 和水在电解液中传递，而电子则在构成粗孔层和细孔层 的合金骨架内传导 。
黏结型电极 是将亲水的导电体（ 如电催化剂材料铂 ／ 碳 ）与具有粘结能力的防水剂 （ 如聚四氟乙烯乳液 ） 按比例混合制成电极。 它在微观尺度上是相互交错的两 相体系，由防水剂构成的疏水网络为反应气体提供内部 的扩散通道；由电催化剂构成 的亲水网络可以被电解液 充满浸润，它为水和OH- 提供通道的同时，也为电子的 传导提供通道。
化学性质稳定
缺点：
氧化剂中必须不含有CO2。 燃料中必须不含CO2 电池电化学反应生成的水必须及时排出，维持水
平衡。
磷酸盐燃料电池（PAFC)
PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池 。 PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂， 浸有浓磷酸的SiC 微孔膜作电解质 ， Pt/C 作 催化剂 ，工作温度 200℃ 。
具体做法是将全氟磺酸树脂玻璃化温度下施加一定压力，将以加入全氟磺酸树脂的氢电极（ 阳极 ）、隔膜( 全氟磺酸型质 子交换膜) 和 已加入全氟磺酸树脂的氧电极（阴极）压和在一起，形成了电极-膜-电极三合一组 件 ，
200℃左右 ，能量 SOFC的电解质是固体氧化物 ， 如 ZrO2 、 Bi2O3 等 ， 其阳 极是Ni-YSZ陶瓷 ， 阴 极目前主要采用 锰酸镧 (LSM，La1-xSrxMnO3 ) 材料。
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。
碱性燃料电池工作示意图
AFC电极的制备工艺
AFC的电极设计要求电极具有高度稳定性的气、液、 固三相界面。
双孔结构电极 电极分两层，粗孔层和细孔层，粗孔层与 气室相连，细孔层与电解质接触。电极工作时，粗孔层 内充满反应气体，细孔层内填满电解液。细 孔层的电解 液浸润粗孔层，液气界面形成并发生电化学反应，离子 和水在电解液中传递，而电子则在构成粗孔层和细孔层 的合金骨架内传导 。
黏结型电极 是将亲水的导电体（ 如电催化剂材料铂 ／ 碳 ）与具有粘结能力的防水剂 （ 如聚四氟乙烯乳液 ） 按比例混合制成电极。 它在微观尺度上是相互交错的两 相体系，由防水剂构成的疏水网络为反应气体提供内部 的扩散通道；由电催化剂构成 的亲水网络可以被电解液 充满浸润，它为水和OH- 提供通道的同时，也为电子的 传导提供通道。
燃料电池简介ppt课件
燃料电池简介
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。
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
3. 不使用腐蚀性电解液，安全可靠； 4. 依负载要求，系统规模可大可小，组合方便； 5. 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
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。
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。
燃料电池学习ppt完美版
燃料电池发电厂没有火力发电厂那样的噪声源，因而工作环境非常安静；
电导率越大则导电性能越强,反之越小。
电池是能量储存装置。 金属/空气电池的历史几乎就是空气电极的历史。
燃料电池的环境友好性是使其具有极强生命力和长远发展潜力的主要原因。
1970年，科尔迪什开发了第一辆燃料电池小汽车。
1896年，雅克研制成功第一个数百瓦（大约300瓦）的煤燃料电池；
1899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；
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；.
5
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） 5.固体氧化物燃料电池（SOFC）
；.
6
1.2燃料电池的分类
；.
7
1.4燃料电池的优点
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。
；.
19
谢谢
；.
20
；.
15
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
；.
16
PEMFC的优缺点
优点：
1.在所有燃料电池类型中功率密度最高； 2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应用。 缺点：
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
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
；.
8
2.燃料电池反应动力学
定义：对燃料电池反应过程的研究。 目的：解释燃料电池的反应过程如何导致性能损失。
；.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9
活化能垒
；.
10
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。
燃料电池
；.
1
1.燃料电池的概述
燃料电池（full Cell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连 续不断地直接转化为电能的电化学装置。
燃料电池在原理和结构上和普通电池（battery）完全不同。燃料电池 的活性物质是存储在电池之外，只要不断地供给燃料和氧化物就一直 能发电，因而容量是无限的。而电池的容量是有限的，活性物质一旦 消耗完，电池的寿命就终止。
；.
17
4.燃料电池的应用
2017年10月12日，陆地方舟新型氢电混合燃料电池客车在第十二届深 圳国际物流与交通运输博览会(简称“物博会”)上正式发布，新车为 8.3米考斯特车型，加氢5分钟，充电12分钟，续航可达550km，该车 也是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。
；.
18
垂直起降长续航燃料电池监测无人机亮相2017智慧城市峰会。
；.
11
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
；.
12
影响燃料电池性能的因素
活化过电势对燃料电池性能的影响
；.
13
如何改善动力学性能
；.
14
3.质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称 PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单 电池由阳极、阴极和质子交换膜组成。其电解质是由一种质子导体聚 合电解膜构成。
；.
2
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
；.
3
1.1燃料电池的工作原理
；.
4
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