燃料电池专业知识ppt课件
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燃料电池原理及应用ppt课件
❖ 虽然风能或太阳能在无风时或夜间不能利用，但通 过与燃料电池组合，就能够组成稳定且洁净的能源 系统。
❖ 降低成本方面也大有希望，特别是燃料电池车已取 得突破性的进展，成本将会大幅度地降低。
.
.
燃料电池不同于一般的“电池”
❖ 既然燃料电池是一种发电装置，那么就有必要说明 它被称为“电池”的原因。
❖ 在介绍燃料电池的结构之前，首先要说明与它关系 较为密切的干电池。
❖ 干电池是由电解质(溶于水时能分解出阳离子和阴离 子并导电的物质)和两个电极组成。锰电池中的锌电 极具有容易释放电子的性质，而二氧化锰电极则具 有容易得到电子的性质。当用一根导线连接央着电 解质的两个电极时，电子在导线中移动(电流)，而 离子则在电解质中移动。这就是干电池产生电流的 化学原理。
❖ 由于供给燃料电池的燃料首先要通过脱硫器，所以造成酸雨 的硫化物为零排放。导致哮喘的烟尘发生量也被控制在检测 标准以下。
❖ 另外，噪声和振动也可以控制得极低。发动机等产生噪声和 振动的主要原因是其中有许多高速运转的零件。而燃料电池 没有机械部分，直接通过化学反应发电。需要动力时，也是 单个电机旋转，所以可实现无噪声平稳地运行。
.
.
影响环境的物质排放量极小
❖ 若从燃料电池本身来看，排出的物质的确只有水，但是依靠 现有技术从化石燃料中提取氢的重整过程中多少会有一些其 他物质排出。尽管如此，实际排出量比发动机或锅炉等低得 多。
❖ 通过已实用化的“磷酸型燃料电池”与柴油发动机比较加以 说明。使用燃料电池产生的氢化物相当于汽油发动机或柴油 发动机及燃气轮机的1/10—1/100。
.
高效率、分散型的发电装置
❖ 通过高压线路长距离地把从遥远的大型发电 站发出的电能输送到用户，电能损失和成本 都较高，是一种低效率的方法。
❖ 降低成本方面也大有希望，特别是燃料电池车已取 得突破性的进展，成本将会大幅度地降低。
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燃料电池不同于一般的“电池”
❖ 既然燃料电池是一种发电装置，那么就有必要说明 它被称为“电池”的原因。
❖ 在介绍燃料电池的结构之前，首先要说明与它关系 较为密切的干电池。
❖ 干电池是由电解质(溶于水时能分解出阳离子和阴离 子并导电的物质)和两个电极组成。锰电池中的锌电 极具有容易释放电子的性质，而二氧化锰电极则具 有容易得到电子的性质。当用一根导线连接央着电 解质的两个电极时，电子在导线中移动(电流)，而 离子则在电解质中移动。这就是干电池产生电流的 化学原理。
❖ 由于供给燃料电池的燃料首先要通过脱硫器，所以造成酸雨 的硫化物为零排放。导致哮喘的烟尘发生量也被控制在检测 标准以下。
❖ 另外，噪声和振动也可以控制得极低。发动机等产生噪声和 振动的主要原因是其中有许多高速运转的零件。而燃料电池 没有机械部分，直接通过化学反应发电。需要动力时，也是 单个电机旋转，所以可实现无噪声平稳地运行。
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影响环境的物质排放量极小
❖ 若从燃料电池本身来看，排出的物质的确只有水，但是依靠 现有技术从化石燃料中提取氢的重整过程中多少会有一些其 他物质排出。尽管如此，实际排出量比发动机或锅炉等低得 多。
❖ 通过已实用化的“磷酸型燃料电池”与柴油发动机比较加以 说明。使用燃料电池产生的氢化物相当于汽油发动机或柴油 发动机及燃气轮机的1/10—1/100。
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高效率、分散型的发电装置
❖ 通过高压线路长距离地把从遥远的大型发电 站发出的电能输送到用户，电能损失和成本 都较高，是一种低效率的方法。
燃料电池专业知识 ppt课件
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10
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
ppt课件
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-课件
15
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。
16
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。
4
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．
34
35
燃料电池的效率与其规模无关,因而在保持高燃料效 率时，燃料电池可在其半额定功率下运行。
封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换, 比能量不会 随时间变化,但是燃料电池由于不断补充燃料,随着时间延 长,其输出能量也越多。
燃料电池发电厂可设在用户附近，这样可大大减少传 输费用及传输损失。燃料电池的另一个特点是在其发电的 同时可产生热水和蒸汽。其电热输出比约为1.0，而汽轮 机为0.5。这表明在相同的电负荷下，燃料电池的热载为 燃烧发电机的2倍。
20
当反应物消耗完时电池也就不能继续提 供电能了。而燃料电池是一个敞开体系,与 外界不仅有能量的交换，也存在物质的交 换。外界为燃料电池提供反应所需的物质， 并带走反应产物。从这种意义上讲，某些 类型的电池也具有类似燃料电池的特征， 例如锌空电池，空气4由大气提供，不 断更换锌电极可以使电池持续工作。
特
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。
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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。
4
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．
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燃料电池的效率与其规模无关,因而在保持高燃料效 率时，燃料电池可在其半额定功率下运行。
封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换, 比能量不会 随时间变化,但是燃料电池由于不断补充燃料,随着时间延 长,其输出能量也越多。
燃料电池发电厂可设在用户附近，这样可大大减少传 输费用及传输损失。燃料电池的另一个特点是在其发电的 同时可产生热水和蒸汽。其电热输出比约为1.0，而汽轮 机为0.5。这表明在相同的电负荷下，燃料电池的热载为 燃烧发电机的2倍。
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当反应物消耗完时电池也就不能继续提 供电能了。而燃料电池是一个敞开体系,与 外界不仅有能量的交换，也存在物质的交 换。外界为燃料电池提供反应所需的物质， 并带走反应产物。从这种意义上讲，某些 类型的电池也具有类似燃料电池的特征， 例如锌空电池，空气4由大气提供，不 断更换锌电极可以使电池持续工作。
特
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
燃料电池全面总结PPT课件
练习1分别写出甲烷在酸性电解质溶液碱性电解质溶液熔融固体氧化物熔融碳酸盐四种条件下的总反应和电极反应
一 定义：燃料电池是一种不经过燃烧，将 燃
料化学能经过电化学反应直接转变为电 能优点：高效、环保。
注的：装置。
（1）两电极材料可以相同，只起导电的作用。 （2）反应物不是储存在电池内部，而由外设装
备提供燃料和氧化剂。
• 正极2反C应H：3OH – 12e- + 16OH-＝ 2CO32- +12H2O
• 总反应离子方程式：
3O2 + 12e- + 6H2O ＝ 12OH-
2CH3OH + 3O2 + 4OH -＝ 2CO3 2-+ 6H2O
注：碱性条件下CO2和OH-反应最终生成CO32思考：乙醇燃料电池在碱性条件下的负极反应？
其余环境都生成CO2。
第9页/共15页
练习1 分别写出甲烷在酸性电解质溶液、碱性电解 质溶液、熔融固体氧化物、熔融碳酸盐四种条件下 的总反应和电极反应。 (1)酸性电解质
负极： CH4 - 8e- + 2H2O = 8H+ + CO2 正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 总反应： CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O
（2）碱性电解质溶液
两极为石墨电极， 电解质是KOH溶液。
碱性 介质
负极：2H2 - 4e- + 4OH- ＝ 4H2O 正极：O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH总反应：2H2 + O2 ＝ 2H2O
注：碱性溶液电荷守恒配OH- 。
第4页/共15页
• 甲醇燃料电池 • 碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液） • 负极反应：
一 定义：燃料电池是一种不经过燃烧，将 燃
料化学能经过电化学反应直接转变为电 能优点：高效、环保。
注的：装置。
（1）两电极材料可以相同，只起导电的作用。 （2）反应物不是储存在电池内部，而由外设装
备提供燃料和氧化剂。
• 正极2反C应H：3OH – 12e- + 16OH-＝ 2CO32- +12H2O
• 总反应离子方程式：
3O2 + 12e- + 6H2O ＝ 12OH-
2CH3OH + 3O2 + 4OH -＝ 2CO3 2-+ 6H2O
注：碱性条件下CO2和OH-反应最终生成CO32思考：乙醇燃料电池在碱性条件下的负极反应？
其余环境都生成CO2。
第9页/共15页
练习1 分别写出甲烷在酸性电解质溶液、碱性电解 质溶液、熔融固体氧化物、熔融碳酸盐四种条件下 的总反应和电极反应。 (1)酸性电解质
负极： CH4 - 8e- + 2H2O = 8H+ + CO2 正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 总反应： CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O
（2）碱性电解质溶液
两极为石墨电极， 电解质是KOH溶液。
碱性 介质
负极：2H2 - 4e- + 4OH- ＝ 4H2O 正极：O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH总反应：2H2 + O2 ＝ 2H2O
注：碱性溶液电荷守恒配OH- 。
第4页/共15页
• 甲醇燃料电池 • 碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液） • 负极反应：
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。
燃料电池讲解通用课件
04
燃料电池汽车将成为未来交通 出行的重要选择之一，具有零 排放、高效、节能等优点。
燃料电池将成为分布式发电和 储能的重要技术之一，具有环
保、灵活、高效等优点。
燃料电池在航空、航海等领域 也将得到广泛应用，如用于无
人机、船舶等。
燃料电池的技术挑战与瓶颈
01
技术挑战
02
提高燃料电池的能量密度和功率密度需要解决材料科学、制造
燃料电池的特点
高效率、低排放、低噪音、快速充电、可靠运行、方便维护等。
燃料电池的应用领域
域
作为电动汽车、船舶、航空器 的动力源，可实现零排放、高
效率的运行。
电力领域
作为电站、备用电源等，可满 足不同场合的用电需求。
工业领域
作为工业用电源，为生产设备 提供稳定可靠的电力保障。
军事领域
实际效率
由于实际运行中存在各种 损失，如反应不完全、热 能散失等，实际效率通常 略低于理论极限值。
提高效率的方法
优化催化剂设计、降低操 作温度、提高反应气体纯 度等措施可以提高燃料电 池的能量转换效率。
燃料电池的发电特点与优势
可再生能源
高效率
燃料电池使用的氢气和氧气可以由可再生 能源如太阳能、风能等提供，因此燃料电 池是一种可再生能源发电技术。
电池壳是燃料电池的外部结构，它能够保护电池不受外界 环境的影响。
燃料电池的制造设备主要包括搅拌器、涂布机、组装设备 和测试设备等。
燃料电池的使用与维护方法
使用燃料电池时，需要确保其工作在合适的温度和压力下，并定期检查其性能和安 全性。
维护燃料电池时，需要定期更换反应介质和电极材料，并保持电池壳的清洁和完好 。
工作原理：燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。在燃料电池中，燃料（如氢气）被送到阳极，氧化 剂（如氧气）被送到阴极。阳极和阴极之间通过电解质隔开。当燃料和氧化剂在阳极和阴极上反应时 ，电子从阳极通过外部电路流向阴极，从而产生电流。
燃料电池的工作原理PPT培训课件
• 碱性燃料电池的特点
• (1) AFC具有较高的效率(50%~55%)；
• (2) 工作温度大约80℃，启动很快，但其电力密度却比质子交换 膜燃料电池的密度低十几倍；
• (3) 性能可靠，可用非贵金属作催化剂；
• (4) 是燃料电池中生产成本最低的一种电池；
• (5) 是技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞 机提供动力和饮用水，用于交通工具，具有一定的发展和应用 前景；
• (6) 使用具有腐蚀性的液态电解质，具有一定的危险性和容易造 成环境污染。
1. 质子交换膜燃料电池的基本结构
1）质子交换膜：兼有隔膜和电解质的作用，且是选择 通过性膜，只允许H+穿过，其他粒子、气体及液体不 能通过。 2）电催化剂：气体扩散电极上都有一定量的催化剂， 有铂系和非铂系两类。
3）电极：多孔扩散电极，由扩散层和催化层构成。
•熔融碳酸盐燃料电池的工作原理 •燃料电池工作过程实质上是燃料的氧化和氧化剂的还原过程。
式中，a、c分别表示阳极、 阴极； e—表示电子； E0—表示基本发电量； Q0—表尔基本放热量。
•熔融碳酸盐燃料电池的特点
•MCFC是一种高温电池(600~700℃)，具有效率较高(高于 40%)、噪音低、无污染、燃料多样化(氢气、煤气、天然气 和生物燃料等)、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多 优点，是未来的绿色电站。
• 磷酸燃料电池的结构 • PAFC的电池片由基材及肋
条板触媒层所组成的燃料 极、保持磷酸的电解质层、 与燃料极具有相同构造的 空气极构成。
• 磷酸燃料电池的工作原理
• PAEC使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。当以氢气为 燃料，氧气为氧化剂时，在电池内发生电化学反应。
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12
第二章 燃料电池系统集成
13
HD6 ballard Intellagent energy
新源动力
Flow Cath
14
GM FC BMW，5 GT
US fuelcell
15
丰田
汽车企业所集成的燃料电池发动机，更像“发动机”
集成程度更高； 线束规范；车用方式； 整体模具设计成型思路； 多功能，模块化； 原车用零部件直接用于BOP，或改进后用于BOP
电动汽车
电池
电能
电机
机械能
20
燃料电池汽 车
燃料电池发动机 动力电池
电能
电机
机械能
燃料电池汽车：认为是电动汽车的一种。 纯电动汽车：由可充电电池作为动力源。可以是铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或 锂离子电池。
纯电动汽车
蓄电池
电能
电机
机械能
21
增程式电动车
增程式的含义：有一个增程器，作为辅助动力装置使用（APU： Auxiliary Power Unit）
强度高 材料： Nafion Dow膜，复合膜，BaM3G膜；
9
催化层CL (Catalyst layer)
作用：燃料电池反应关键，催化剂以及催化剂载体形成的薄层； 要求：导电性好，载体耐蚀，催化活性大； 材料：Pt/C,Pt-Ru/C 载体材料C：纳米颗粒碳，碳纳米管，碳须 最先进的技术是3M的催化剂“小麦”种植技术; 催化剂最先进的是“壳核”结构
Fuel cell stack orientation
31
Gas and fluid compatibility
32
Operation Conditions
33
Fuel cell stack performance
34
Fuel cell stack operating limits
35
一、燃料电池专业知识
1
第一章 燃料电池原理和构成
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？
3
Hydrogen
Fuel Cell
Oxygen Heat
Electric power
Water
4
PEMFC 原理
隔离型
升压型 降压型
单向 双向
25
电机
电机：无刷直流电机、交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机。
目前电动汽车上逐渐以永磁同步直流电机为主： 体积小，功率密度大 效率高 功率因素高 启动力矩大 温升低
直流电
电机控制器
电机 机械能
26
动力电池
从正极材料来看有：锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等。 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。
10
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
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
增程器 动力电池
电能
电机
机械能
22
150~200公里
23
整车 控制系 统
动力电池
燃料 电池
DC/DC
电机 控制 器
驱动 件
驱动桥
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。
空冷使全系统设计简化； 往往供氧和冷却一步完成； 相对功耗更低； 一般应用于无人机，充电器等
17
系统流程
18
第三章 车用燃料电池系统介绍
19
传统汽车
内燃机
机械能 机械传动 机械能
内燃机车：以内燃机（汽油机或柴油机）作为动力源。 电动汽车：以电能作为动力源，用电机驱动车轮。 混合动力汽车：一般指油电混合动力汽车，采用内燃机和电机作为动力源。
Layer
plate
Anode Reaction
Cathode Reaction
2H2 4H+ + 4e- O2 + 4H+ + 4e- 2H62O
稳定1
激态A 激态B
Energy
稳定2
7
构成
NREL
8
质子交换膜PEM(proton exchange membrane)
作用：电解质，传导质子，隔离反应气体 要求：稳定不讲解，高效传导质子，不传电子，气体渗透系数低，溶胀系数小，
27
储氢系统
氢瓶：金属内胆，碳纤维缠绕，3型气瓶。 国内压力：国标允许35MPa。
国际：塑料内胆，碳纤维缠绕，4型气瓶。 国际压力：一般都在70MPa。
氢瓶 35/70MPa
减压器
0.5-2MPa左 右
氢气传输管路
燃料电池发 动机
减压器
进入电堆内部
（kPa级）
28
第四章 巴拉德9ssl电堆
29
30
5
PEM fuel cell H2
Carbon black
Load Anode
e- Platinum
Catalyst
Air
Bipolar Gas Diffusion
plate
Layer
H+
Cathode
Membrane Electrode Assembly
NIST
Gas Diffusion Bipolar
电堆与BOP之间的契合度更高；
电堆水热管理与BOP元件交互更多； 以电堆为核心的BOP元件定制化强化。
16
水冷与空冷
水冷系统往往为大功率（>5KW）的电堆而准备； 所携带的热能更大，可以使电堆设计更紧凑； 温度在双极板的面分布上更一致； 相对于外界独立； 一般应用于大功率发动机，电站等
第二章 燃料电池系统集成
13
HD6 ballard Intellagent energy
新源动力
Flow Cath
14
GM FC BMW，5 GT
US fuelcell
15
丰田
汽车企业所集成的燃料电池发动机，更像“发动机”
集成程度更高； 线束规范；车用方式； 整体模具设计成型思路； 多功能，模块化； 原车用零部件直接用于BOP，或改进后用于BOP
电动汽车
电池
电能
电机
机械能
20
燃料电池汽 车
燃料电池发动机 动力电池
电能
电机
机械能
燃料电池汽车：认为是电动汽车的一种。 纯电动汽车：由可充电电池作为动力源。可以是铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或 锂离子电池。
纯电动汽车
蓄电池
电能
电机
机械能
21
增程式电动车
增程式的含义：有一个增程器，作为辅助动力装置使用（APU： Auxiliary Power Unit）
强度高 材料： Nafion Dow膜，复合膜，BaM3G膜；
9
催化层CL (Catalyst layer)
作用：燃料电池反应关键，催化剂以及催化剂载体形成的薄层； 要求：导电性好，载体耐蚀，催化活性大； 材料：Pt/C,Pt-Ru/C 载体材料C：纳米颗粒碳，碳纳米管，碳须 最先进的技术是3M的催化剂“小麦”种植技术; 催化剂最先进的是“壳核”结构
Fuel cell stack orientation
31
Gas and fluid compatibility
32
Operation Conditions
33
Fuel cell stack performance
34
Fuel cell stack operating limits
35
一、燃料电池专业知识
1
第一章 燃料电池原理和构成
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？
3
Hydrogen
Fuel Cell
Oxygen Heat
Electric power
Water
4
PEMFC 原理
隔离型
升压型 降压型
单向 双向
25
电机
电机：无刷直流电机、交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机。
目前电动汽车上逐渐以永磁同步直流电机为主： 体积小，功率密度大 效率高 功率因素高 启动力矩大 温升低
直流电
电机控制器
电机 机械能
26
动力电池
从正极材料来看有：锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等。 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。
10
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
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
增程器 动力电池
电能
电机
机械能
22
150~200公里
23
整车 控制系 统
动力电池
燃料 电池
DC/DC
电机 控制 器
驱动 件
驱动桥
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。
空冷使全系统设计简化； 往往供氧和冷却一步完成； 相对功耗更低； 一般应用于无人机，充电器等
17
系统流程
18
第三章 车用燃料电池系统介绍
19
传统汽车
内燃机
机械能 机械传动 机械能
内燃机车：以内燃机（汽油机或柴油机）作为动力源。 电动汽车：以电能作为动力源，用电机驱动车轮。 混合动力汽车：一般指油电混合动力汽车，采用内燃机和电机作为动力源。
Layer
plate
Anode Reaction
Cathode Reaction
2H2 4H+ + 4e- O2 + 4H+ + 4e- 2H62O
稳定1
激态A 激态B
Energy
稳定2
7
构成
NREL
8
质子交换膜PEM(proton exchange membrane)
作用：电解质，传导质子，隔离反应气体 要求：稳定不讲解，高效传导质子，不传电子，气体渗透系数低，溶胀系数小，
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储氢系统
氢瓶：金属内胆，碳纤维缠绕，3型气瓶。 国内压力：国标允许35MPa。
国际：塑料内胆，碳纤维缠绕，4型气瓶。 国际压力：一般都在70MPa。
氢瓶 35/70MPa
减压器
0.5-2MPa左 右
氢气传输管路
燃料电池发 动机
减压器
进入电堆内部
（kPa级）
28
第四章 巴拉德9ssl电堆
29
30
5
PEM fuel cell H2
Carbon black
Load Anode
e- Platinum
Catalyst
Air
Bipolar Gas Diffusion
plate
Layer
H+
Cathode
Membrane Electrode Assembly
NIST
Gas Diffusion Bipolar
电堆与BOP之间的契合度更高；
电堆水热管理与BOP元件交互更多； 以电堆为核心的BOP元件定制化强化。
16
水冷与空冷
水冷系统往往为大功率（>5KW）的电堆而准备； 所携带的热能更大，可以使电堆设计更紧凑； 温度在双极板的面分布上更一致； 相对于外界独立； 一般应用于大功率发动机，电站等