固体氧化物燃料电池(孙克宁著)思维导图
第二十二章 能源与可持续发展-【口袋书】2023年中考物理必背知识手册(思维导图+背诵手册)
第二十二章能源与可持续发展【思维导图】【必背手册】★知识点一：能源凡是能够提供能量的物质资源，都可以叫做能源。
1.人类利用能源的历程：（1）钻木取火是人类从利用自然火到利用人工火的转变，导致了以柴薪为主要能源的时代的到来。
（2）蒸汽机的发明使人类以机械动力代替人力和畜力，人类的主要能源从柴薪向煤、石油、天然气等化石能源转化，利用化石燃料的各种新型热机的问世，使化石能源成为当今世界的主要能源。
（3）物理学家发明了可以控制核能释放的装置---反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。
2.一次能源和二次能源像化石能源一样，风能、太阳能、地热能以及核能，是可以直接从自然界获得的，这些可以从自然界直接获取的能源，统称为一次能源。
我们使用的电能，无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到，所以称电能为二次能源。
我们今天使用的煤、石油、天然气是千百年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，所以称为化石能源。
常见的化石能源有：煤、石油、天然气。
常见的一次能源有：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能、核能等。
常见的二次能源有：电能。
★知识点二：核能1.核裂变：快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的，我们还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业。
“核反应堆”就是控制裂变反应的装置。
2.核聚变：除了裂变外，如果将质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核，会释放出更大的核能，这就是聚变，有时聚变也称为热核反应。
3.核能的利用：我国是核能资源丰富的国家，现已具备了建造核电站的物质和技术基础，现已在浙江和广东建设了核电站，分别是浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站。
核电站的建立给人类解决能源危机带来了希望，在不可再生资源日趋珍贵之时，适度发展核电是人类的一种选择，全世界已经建成几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的1/5。
《质子交换膜燃料电池关键材料与技术》读书笔记思维导图
4
2.10 展望
5
参考文献
第3章 质子交换膜
01
3.1 概 况及要求
02
3.2 全 氟磺酸质 子交换膜
03
3.3 部 分氟化质 子交换膜
04
3.4 非 氟化质子 交换膜
06
参考文献
05
3.5 复 合质子交 换膜
第4章 膜电极
4.1 概况及要求
4.2 热压法制备 膜电极
4.3 CCM法制备 膜电极
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《质子交换膜燃料 电池关键材料与技
术》
思维导图PPT模板
本书关键字分析思维导图
技术
发展
燃料电池
膜
应用
材料
参考文献
催化剂
电极
流场
循环泵
机理
质子
低温
要求
双极板 电
结构
环境
目录
01 《质子交换膜燃料电 池关键材料与技术》 编写...
02 前言PREFACE
03
第1章 质子交换膜燃 料电池简介
06
参考文献
第2章 催化剂材料及电催化机 理研究进展
01
2.1 电 极反应
02
2.2 ORR 电催化机 理
03
2.3 电 催化剂的 评价方法
04
2.4 铂 黑催化剂
05
2.5 Pt/C催 化剂
06
2.6 PtM合金催 化剂
2.7 核壳结 1
构电催化剂
2
2.8 Pt单原 子催化剂
3 2.9 非贵金
04 第2章 催化剂材料及 电催化机理研究进展
05 第3章 质子交换膜
06 第4章 膜电极
燃料电池讲解2讲课文档
现在一页，总共二十五页。
一、燃料电池
现在二页，总共二十五页。
燃料电池（Fuel cell），是一种使用燃料进行化学反应
产生电力的装置，最早于1839年由英国的Grove所发明
。最常见是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃 料价格便宜，加上对人体无化学危险、对环境无害，发电
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中国发展状况 在中国的燃料电池研究始于1958年，原电子工业部天
津电源研究所最早开展了MCFC的研究。70年代在航天 事业的推动下，中国燃料电池的研究曾呈现出第一 次高潮。其间中国科学院大连化学物理研究所研制成 功的两种类型的碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统（千瓦 级AFC）均通过了例行的航天环境模拟试验。1990年 中国科学院长春应用化学研究所承担了中科院 PEMFC的研究任务，1993年开始进行直接甲醇质子交换 膜燃料电池（DMFC）的研究。电力工业部哈尔滨电站 成套设备研究所于1991年研制出由7个单电池组成的 MCFC原理性电池
H2O
负极
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正极
氧气
五、氢氧燃料电池的装置
石墨电极均为普通1号干电池的碳棒, 电解槽 为化学实验室盛装石蕊试纸的塑料盒。
电解槽
石墨电极
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Na2SO4
溶液
六、通直流电制取氢气和氧气
给电池通14V直流电至两个电极上吸附着 较多气泡为止。
（阳极）4OH-- 4e- = O2 + 2H2O
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二 、
现在十五页，总共二十五页。
一、制作氢氧燃料电池的设想
燃料电池是一种新型的化学电源，是现 在最引人注目的能源装置之一，是高中化学 教材新增添的学习内容。但教材没有安排燃 料电池的演示实验和学生实验。因此我们就 想自己研制燃料电池。我们首先查阅了大量 的有关燃料电池的资料，做了大量的实验， 通过不断改进，最终研制出了一种不需用贵 重金属的简易氢氧燃料电池。
功能材料--固体氧化物燃料电池
SOFC的结构
阳极
阳极的主要作用是为燃料的电化学氧气提 供反应场所，所以阳极材料必须在还原气氛中 稳定，具有足够高的电子电导率和对燃料氧化 反应的催化活性，除此之外还必须具备足够高 的孔隙率，以确保燃料的供应以及反应产物的 排出。
固体氧化物燃料电池原理及结构
固体氧化物燃料电池 电化学反应示意图
固体氧化物燃料电池工作原图
简单的SOFC由阴极、阳极、电解质、 用电器组成。氧分子在空气极得到电子， 被还原成阳离子O2-,在阴阳极氧化学位 差的作用下，氧离子（通常以氧空位的 形式）通过电解质（固态）传送到阳极， 并在阳极同燃料发生反应，生成水和电 子，电子通过外电路的用电器做功，并 形成回路。
电流通过的路径较长，限制了SOFC的性能。
SOFC的优点
• 全固态的电池结构，避免了使用液态电解 质所带来的腐蚀和电解液流失等问题;
• 对燃料的适应性强； • 能量转换效率高； • 不需要使用贵金属催化剂； • 低排放低噪声； • 规模和安装地点灵活； • 长时间不间断的工作； • 能量转化率达到50%-80%。
二）管型SOFC
管式SOFC电池组由 一端封闭的管状单电池 以串联、并联方式组装 而成。每个单电池由内 到外由多孔支撑管、空 气电极、固体电解质薄 膜金属陶瓷极组成。
管型SOFC的优点： 单电池间的连接体设在还原气氛一侧，这
样可使用廉价的金属才聊作电流收集体。单电 池采用串联、并联方式组合到一起，可以避免 当某一单电池损坏时，电池组完全失效。用镍 毡将单电池的连接体联结起来，可以减小单电 池间的应力。管型SOFC电池组相对简单，容易 通过电池单元之间并联和串联组成大功率的电 池组。管型SOFC一般在很高的温度下操作，主 要用于固定电站系统，所以高温SOFC一般采用 管型结构。 管型SOFC的缺点：
高二化学人教版(2019)选择性必修第一册思维导图
化学反应的热效应反应热的计算反应热 焓变焓变反应热中和热 定义：在稀溶液中，强酸和强碱发生中和反应生成1mol 液态水时放出的热量叫做中和热。
导致中和反应反应热测定存在误差的原因①量取溶液的体积不准确。
②温度计读数有误(如未读取到混合溶液的最高温度，就记为终止温度)。
③实验过程中有液体溅出。
④混合酸、碱溶液时，动作缓慢。
⑤隔热层隔热效果不好,实验过程中有热量损失。
⑥测过酸溶液的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度。
⑦溶液浓度不准确。
⑧没有进行重复实验。
燃烧热限制条件 ◐反应条件：101kPa◐可燃物必须是1mol 纯物质◐生成指定产物表示方法 根据燃烧热的定义和热化学方程式的知识设计的表示方法,如计算方法 燃料燃烧的放热量=可燃物的物质的量×燃烧热的绝对值热化学方程式 ★定义：能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式 ★注意：标物态；配平（包括∆H ）；∆H 的单位和“+” “－”；∆H 的值与n （反应物）同倍数变化盖斯定律 不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的，即：化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关反应热计算的依据 热化学方程式与数学上的代数方程式相似，可以移项同时改变正、负号，各项的化学计量数包括∆H 的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数 根据盖斯定律，将几个热化学方程式包括其∆H 相加或相减，得到一个新的热化学方程式 任意反应∆H=反应物中化学键断裂所吸收的能量和－ 生成物中化学键形成所放出的能量和任意反应生成物反应物应用盖斯定律计算反应热时的注意事项 热化学方程式同乘以或除以某一个数时，应热数值也必须乘以或除以该数 热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加、减，反应热也随之相加、减 热化学方程式中反应热指反应按所给形式完全进行时的反应热正、逆反应的反应热绝对值相等，符号相反关键与方法关键方法目标方程式“四则运算式”的导出 写出目标方程式确定“过渡物质”（要消去的物质），然后用消元法逐一消去“过渡物质”导出“四则运算式”化学反应速率与化学平衡化学反应速率化学反应的调控化学反应进行的方向化学平衡化学反应速率影响化学反应速率的因素 ①表示方法通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示 ③重要比值同一反应在同一时间段内，用不同物质来表示的反应速率可能不同，但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比注意：化学反应速率一般指平均速率，不能用固体或纯液体的单位时间内的浓度变化表示化学反应速率，因为固体和纯液体的浓度在化学反应中视为定值 ④大小比较方法由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化◎看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位◎先换算成用同一物质表示的速率，再比较数值的大小◎比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应aA+bB=cC+dD,比较与②教学表达式及单位单位为或内因外因反应物本身的性质温度浓度催化剂压强充入惰性气体 ◈原因 浓度一定时，升高温度，分子的能量增加，从而增加了活化分子的百分数，反应速率增大 温度升高，使分子运动的速率加快，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增加了活化分子的百分数，单位时间内反应物分子间的碰撞次数增加，反应速率也会相应加快 ◈规律 其他条件不变时，升高温度，可以增大反应速率，降低温度，可以减慢反应速率 ◈原因 在其他条件不变时，使用催化剂可以大大降低反应所需要的能量，会使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加了反应物单位体积内活化分子的数目，因而使反应速率加快 ◈规律 正催化剂能够加快反应速率的催化剂 负催化剂能够减慢反应速率的催化剂◈原因 在其他条件不变时，对某一反应来说，活化分子百分数是一定的，即单位体积内的活化分子数与反应物的浓度成正比。
最新应用化学3.4燃料电池精品ppt课件
2、燃料电池的分类
按工作温度
•高温型
•中温型
•低温型
BACK
按燃料来源
•直接式燃料电池（如直接甲醇燃料电池 ）
•间接式燃料电池（如甲醇通过重整器产生氢气，然后以氢气为燃 磷酸盐型燃料电池（PAFC）
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 固体氧化物燃料电池（SOFC）
应用化学3.4燃料电池
内容提要
燃料电池(Fuel Cell)的基本原理及组成 燃料电池的分类 质子交换膜燃料电池的特点及研发应用现状 燃料电池的发展趋势 燃料电池汽车基本结构及特点 燃料电池汽车的研发进展
燃料电池(fuelcell)发电是继水力、火力和核能 发电之后的第四类发电技术。
它是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将
世界上美国、苏联、加拿大、日本等国家从那 时起都投人了很大力量进行研究和开发。至今， 已研制成了从几瓦的小功率燃料电池到兆瓦级 的发电站的燃料电池样机
1.1 燃料电池(Fuel Cell) 的基本原理
燃料电池通过氧与氢（或其他燃 料）结合成水的简单电化学反应而 发电。燃料电池的基本组成有：电极、 电解质、燃料和催化剂。二个电极被一 个位于这它们之间的、携带有充电 电荷的固态或液态电解质分开。在 电极上，催化剂，例如白金，常用 来加速电化学反应。 下图为燃料电 池基本原理示意图。
燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电 装置。 自1839年G．R．Grove建造世界上第一个燃料 电池以来，燃料电池已经历150余年的发展历 史。然而，真正引起科学家广泛兴趣的是始于 20世纪50年代Bacon型燃料电池的研究和进展。
燃料电池的首次实际应用是在1960年作为宇宙 飞船的空间电源，此后燃料电池技术开始迅速 发展，60～70年代集中研究航空、航天方面用 的燃料电池，80年代后期重点研究地面用的燃 料电池。
固体氧化物燃料电池ppt课件
管状微小型SOFC电池单体：
• 电解质为二氧化铈陶瓷 • 阳极材料为镍基二氧化铈陶瓷
• 阴极材料为含有镧钴氧化铈的陶瓷 材料
• 半径为1.8mm
直接使用甲垸燃料
温度（℃） 450 500 550
输出功率密度 （W/cm2）
0.1
0.4
0.45
可编辑ppt
18
平板式SOFC
➢ 平板型SOFC的空气电极/YSZ固体电解质/燃料电极烧结成一 体，组成“三合一”结构，其间用开设导气沟槽的双极板 连接，使其间相互串联构成电池组。
阴
✓ 有高额电子电导率
极
✓ 气体透过率大
材
✓ 与固体电解质膜有良好的相容性和附着性
要
✓ 有比较理想的孔隙率
求
✓ 价格适中
➢ 当前使用的最为广泛的阴极材料是掺有镧的氧化锰，即La1XSrxMnO3(LSM) 。 LSM 具 有 在 氧 化 气 氛 中 电 子 电 导 率 高 ， 与 YSZ化学相容性好等特点。
可编辑ppt
7
阳极材料
➢ 电池中的阳极又称为燃料电极，它处在还原的气氛之中。主 要作用是实现燃料的电化学催化氧化，把燃料氧化释放出的 电子转移到外电路去，导入和排出气体。
✓ 有足够的电子电导率，同时具有一定的离子电
阳
导率，以扩大电极反应面积；
极 材
✓ 在还原性气氛中可长时间工作，保持尺寸及微 结构稳定，无破坏性相变；
（6）可使用多种燃料，包括直接使用碳氢化合物；
（7）不要求外围设备条件，诸如不需要湿度控制、空气调节等。
可编辑ppt
5
固体氧化物燃料电池材料
➢ 固体氧化物燃料电池由三部分组成：电解质、阴极、阳极， 阴、阳极因功能的差异而组成不同。
新能源材料固体氧化物燃料电池(SOFC)
稳定结构（Y-TZP），室温和高温下都表现出很好的 力学性能，在600℃以下时，电导率比YSZ高。 ☺ 加入Al2O3可提高YSZ基体力学性能，且电导率得以提 高或至少不降低。
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SOFC的优点： ♪ 全固态的电池结构，避免了使用液态电解质所
带来的腐蚀和电解液流失等问题； ♪ 对燃料的适应性强； ♪ 能量转换效率高； ♪ 不需要使用贵金属催化剂； ♪ 低排放，低噪声； ♪ 规模和安装地点灵活。
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三、SOFC的国内外研究与开发现状 管型SOFC是目前最接近商业化的SOFC发电技术。西 门子-西屋动力公司（SWPC）； 日本的Kansai电力公司的管型SOFC已经进行了
YSZ 掺杂氧化铈
LSGM SSZ
在氧化和还原气氛下稳定性良好； 氧离子电导率低；与部 机械性能良好；寿命可达4万小时 分阴极材料不相容
以上；稳定可靠的原材料供给
与阴极材料相容；在低氧分压下 为混合电子、氧离子导体，适合
做阳极材料
低氧分压下具有电子导 电性，开路电压低；机
械性能比YSZ低与阴Fra bibliotek相容低氧分压下Ga挥发；与 NiO不相容；机械性能
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掺杂CeO2电解质的性质： Ce4+向Ce3+的转变产生于低氧分压区，有明显的 电子电导出现； 杂质的引入可以限制CeO2在还原气氛中还原； 在CeO2固溶体外包裹一层稳定的离子导电薄膜 如YSZ可限制其还原； CeO2的电导率随着掺杂元素的离子大小、价态 和掺杂量的变化而变化。
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随着温度的降低，电子电导率逐渐减弱。 基于DCO的SOFC应当在低于600℃温度下使用。
新型固体燃料电池
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2.交通运输 SOFC作为机动车辆的辅助电源将有很好的应用 前景。据估计，每年可节约4.2亿加仑柴油，并减 少CO2排放量460万吨。
SOFC也可以用作为飞行器和船舶的辅助电源。 美国波音公司和美国宇航局已经开始了SOFC技 术在航空领域应用的研究开发。
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.军事应用 就像许多先进的科学技术都是在军事上首先得到 应用一样，SOFC技术也将是如此。一般说来， 军事用电通常要求安静、耐用、可靠、不间断， 不留下热痕迹。世界各国，尤其是在燃料电池研 究和开发处于领先地位的国家，如美国，加拿大 和欧洲等，都在积极探索燃料电池在军事中的应 用。
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新型固体燃料电池
——21世纪的绿色能源
雷小平 07材料
SOFC 概念
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固体氧化物燃料电池(SOFC)是固体氧化物燃料电 池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三 代燃料电池 SOFC是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧 化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的 全固态化学发电装置。 被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池 (PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
主要国家及机构的研发活动
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1.管状SOFC 美国西屋电气公司 首先通过挤出成型方法制备多孔氧化铝或复合氧 化锆支撑管，然后采用电化学气相沉积方法制备 厚度在几十到1001μm的电解质薄膜和电极薄膜， 研制了管状结构的SOFC。
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2.平板状SOFC 平板型SOFC由于主要采用陶瓷成型工艺，在降 低生产成本的同时，又能获得高的功率密度。 近来倍受关注，有众多的企业和科研机构投入相 当的财力和人力进行研制和实际应用。 加拿大的环球热电公司、美国GE、SOFCo、Z－ tek等公司也在进行平板型SOFC千瓦级模块的试 运行。
固体氧化物燃料电池资料ppt课件
ppt课件.பைடு நூலகம்
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一、含义
❖ 固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）属于第三代燃料电池，是 一种等温、直接将储存在燃料和氧化剂中的 化学能高效、环境友好地转化成电能的全固 态化学发电装置。
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2
二、工作原理
电池含有阴阳两个电极，分别 充满电解液，而两个电极间则 为具有渗透性的薄膜所构成， 氢气和氧气（空气）分别由阳 极和阴极进入燃料电池。经催 化剂的作用，氢气分解为氢离 子和两个电子，其中氢离子迁 移到薄膜的另一边，电子则经 外电路形成电流后到达阴极。 在阴极催化剂的作用下，氢离 子、氧气、电子发生反应生成 水。因此水是反应的唯一排放 物。
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❖ 目前,正开展中温SOFC 的研制,在多孔Ni2YSZ 基膜上制 备负载型YSZ 膜(10～20μm) 方面,已取得初步成效. 中科 院化冶所在1995 年从俄罗斯引进了20 W 块状叠层电池组 进行了运行试验,并设计了一种新型SOFC 结构,申请了专 利 . 华南理工大学成功研制出瓦级管式SOFC 单电池 ,吉 林大学正承担计委kW 级SOFC 电池组的研究工作. 我国 在“九五”期间,SOFC 的研究与发展得到了重视,国家计 委,科委,自然科学基金委以及其它部门分别立项,组织开展 这方面的研究和攻关工作,经费投入也有较大的增加.
■管型SOFC的缺点：
电流通过的路径较长，限制pp了t课S件O. FC的性能。
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平板型SOFC
❖ 平板型固体氧化物燃料电池的几何 形状简单，其设计形状使得制作工 艺大为简化。平板式SOFC结构组 成如图3a所示。阳极、电解质、阴 极薄膜组成单体电池，两边带槽的 连接体连接相邻阴极和阳极，并在 两侧提供气体通道，同时隔开两种 气体。
人教版高中化学选修4第四章《燃料电池》课件
关于该电池的叙述正确的是( A.该电池能够在高温下工作
B
)
B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+ C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1 mol氧气,理论上能生成标准状况下
CO2气体11.2 L
4、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视， 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳 极燃气，空气与CO2的混合气为阴极燃气，制得在65℃下 工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
燃料电池
介质
电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
酸性 碱性
负极
正极 负极 正极
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4Байду номын сангаас+ + 4e-= 2H2O 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
迁移运用：
若为固体电解质，电极反应如何书写？
固体燃料电池
A 的是（ ） A、氢氧燃料电池直接把热能转化为电能 B、电子从负极出发，沿导线流向正极 C、负极反应式为H2+2OH--2e- =2H2O D、电解质 KOH的物质的量不发生变化
2、乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂,在200 ℃左右时供电,电 池总反应式为C2H5OH+3O2==2CO2+3H2O,电池示意图如下,下列
化学人教版选修四
第四章 电化学基础
燃料电池
工信部副部长辛国斌：“当前，许多国家纷纷调整发展战略，在新能源、智能网联产业加快产业 布局，抢占新一轮制高点，一些国家已经制订了停止生产销售传统能源汽车的时间表。“目前工 信部也启动了相关研究，也将会同相关部门制定我国的时间表，这些举措必将推动我国汽车产业