燃料电池简介

燃料电池的概念

燃料电池的概念什么是燃料电池燃料电池是一种利用氢气和氧气等反应物直接生成电能的装置，其工作原理类似于常规电池，但是燃料电池具有可持续使用的特点。

燃料电池通过将化学能转化为电能，成为一种清洁、高效、环保的能源转换技术。

燃料电池的工作原理燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。

阳极和阴极之间的电解质负责离子传递，而阳极和阴极上的催化剂则促进氧气和氢气等反应物的电化学反应。

当氢气进入阳极时，其中的氢离子（H+）通过电解质传递到阴极，而电子则在外部电路中流动，形成电流。

在阴极处，氧气与氢离子和电子发生反应，生成水和热量。

整个过程中，电化学能转化为电能，实现了能量的转换。

燃料电池的类型燃料电池可以分为多种类型，常见的有以下几种：1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池是一种常用的燃料电池类型。

其特点是具有高效率、响应速度快以及体积轻巧等优点，适用于移动设备和汽车等领域。

2. 碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池在碱性条件下工作，其电解质为氢氧化钾（KOH）溶液。

碱性燃料电池具有较高的能量密度和效率，但耐腐蚀性较差，适用于航空航天和海洋等领域。

3. 磷酸燃料电池（PAFC）磷酸燃料电池采用磷酸作为电解质，具有较高的热效率和电效率。

它在稳定性和可靠性方面表现出色，适用于一些固定应用，如公共服务和工业领域。

4. 氧化铜燃料电池（SOFC）氧化铜燃料电池利用固体氧离子传递氧气，在高温下工作。

它具有高效率和高耐久性等优点，适用于大型电网和工业领域。

燃料电池的应用燃料电池在能源领域有着广泛的应用前景，以下是一些应用案例：1. 交通运输燃料电池在交通运输领域有着巨大的潜力。

燃料电池汽车可以使用氢气作为燃料，不产生尾气污染物，且续航里程长，充电速度快。

目前，一些汽车制造商已经推出了燃料电池汽车，并在一些城市实施了氢气加气站的建设。

2. 电力供应燃料电池可以作为电力供应的替代来源。

特别是在一些偏远地区或灾后重建中，燃料电池可以提供可靠的电力供应。

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。

燃料电池概述

燃料电池概述随人口增长和人类生活方式的改变，对能源的需求量日益增加。

根据IEA （International Energy Agency）2016年的报告，2040年全球的能源消耗量将增加到2012年的1.5倍。

因此，发展清洁，可再生的能源十分重要。

与此同时，另一个人类面临的难题是地球上这些不可再生的化石燃料其储量有限。

经过科研技术人员多年努力，不同的清洁能源例如太阳能，风能，化学转化能源等相继获得发展和应用。

其中以氢气为燃料的燃料电池凭借清洁无污染、能量转化效率高等优点受到高度关注。

1、燃料电池发展历史燃料电池最早的原型装置是在1839年由英国的William Robert Grove发明。

但受制于当时的技术瓶颈及内燃机的大放异彩，燃料电池造价昂贵且耐久性差，并没有得到人们过度的关注。

伴随着人类对于石油将会枯竭的恐惧，以及1980年后Dupont公司发明的含氟高分子电解质膜Nafion使得质子交换膜燃料电池的耐久性得到较大幅度的提升，燃料电池作为下一代清洁能源的强有力候选再一次吸引广大关注。

在过去的二十年，降低成本和性能提升方面的突破使得燃料电池在和传统能源比较时更具竞争力。

越来越多的燃料电池在各个领域得到应用。

2005年以来日本政府推出面向家庭的燃料电池ENE·FARM，截至2018年3月，该项目已经部署了超过二十万套家用燃料电池设备，实现了家用燃料电池的商业化。

燃料电池汽车（Fuelcellvehicle，FCV）的发展同样引人注目，自丰田2014年发布全球首辆FCV “Mirai”以来，本田、日产、宝马、通用、现代等全球知名汽车厂商近年来竞相推出各自的FCV，不禁让人联想燃料电池汽车的时代已经到来。

2、燃料电池的分类燃料电池通常根据电解液的种类或者燃料种类进行分类。

燃料电池的类型主要有质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）、固态氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。

燃料电池介绍

燃料电池燃料电池(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"。

能源的创造和消费已经成为当今世界不可或缺的根本要素。

通过能源的生产和利用，人们的衣食住行等需求得到了满足，并极大的提高了现代社会的生活质量，推动了现代技术的快速开展。

当前，一方面我们的家居、办公和生产等所需要的大局部能源均来自化石燃料，而一方面，化石燃料的使用在造就人类文明飞速开展的同时，也造成了很大的环境问题，这些环境问题反过来成为了制约人类社会进步开展的羁绊。

此外，人类对化石燃料的无序开采和低效使用与化石燃料储量的有限产生了矛盾，如果不能及时的寻找新的可替代能源，人类在用尽化石燃料后，将面临无能源可用的危机。

幸运的是，近年来出现的一些新的能源生产技术为解决上述问题提供了可能，这些技术包括核能技术、氢能源及燃料电池技术、太阳能技术、风能和生物能技术等。

其中，以燃料电池技术为代表的氢能源受到国内外专家学者和政府机构越来越多的青睐，燃料电池技术被认为是21世纪首选的清洁高效的发电技术，美国把燃料电池技术列为仅次于基因组方案和超级材料后的第三项重要技术加以支持。

燃料电池的原理最早是由WilliamGrove在1839年提出，20世纪50年代培根(Bacon)做了一些先驱性的工作；二十世纪六十年代由通用电气公司开发的质子交换膜燃料电池被美国宇航局用于“双子星座〞航天器的动力源。

随着上世纪80年代中期电池材料和制备技术的突破性进展，使燃料电池的性能大幅度提高，本钱大大降低，民用性和实用化前景较为看好。

而质子交换膜燃料电池发电过程中只产生水作为排放物，其越来越受到电动汽车行业的重视。

美国通用公司、戴姆勒克莱斯勒公司、福特公司和本田公司，德国尼奥普兰汽车公司，日本的丰田公司及瑞典的斯堪尼亚汽车公司等相继研发出了实用的以PEMFC为电源驱动的公共汽车和混合燃料电池车。

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

阳极：
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

3直接甲醇燃料电池：以甲醇为燃料, 燃料来源丰富,无污染, 具有广泛的应用前景.清华大学化学有机光电子与分子工程实验室研究出一种新的催化剂,在在水/AOT/环己烷反胶束体系中, 制备的tSn/C 催化剂.（反胶束法是一种常见的制备纳米颗粒的方法, 不仅对设备要求简单, 而且可以通过其内部形成的“纳米反应池”来制备大小和形状可控的纳米颗粒, 利用反胶束法制备的催化剂明显提高了传统催化剂抵抗中毒的能力。）
但是现在国际上每辆氢源燃料电池汽车的成本，一般在100万美元到200万美元之间，造价的确非常昂贵，当前，国际上燃料电池又进入了新一轮研究，与早些年的热血沸腾、踌躇满志相比，现在人们对燃料电池车的研究持更加冷静的态度。2000年之前，各国主要是投入造车和示范，从2001年到现在，各国在继续进行示范的同时，都将重点重新转向应用基础研究。希望通过研究燃料电池各种基础性的问题，找到解决车用燃料电池寿命问题的根本办法。（例如研究氢能本身的技术问题、制氢和储氢技术、高效的氢能转换技术等。）即找到解决车用燃料电池（汽车的动力源）动态响应、环境适应性与降低贵金属担量等影响电池寿命、成本的办法。
二.燃料电池的特点
优点
（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。

燃料电池简介

1.1 燃料电池的历史 1838 年德国物理学和化学教授 Christian Friedrich Schonbein发明了燃料电池，它使用两个由白金组成的电极插入电解液里，当有氢气和氧气在电解液里时，就会在两个电极上产生电压，这就是最原始的燃料电池原理。 1839 年物理学家 Walisischen Jurist 和 William Robert Grove也发现了燃料电池现象。
Christian Friedrich Schonbein
William Robert Grove
1.2 燃料电池的分类燃料电池可以按工作温度、电解质类型、结构特点和所用燃料的不同分为多种类型。按温度可将燃料电池分为低温、中温、高温型。按燃料的来源可分为直接型、间接型和再生型。不过常用的分类方法还是按电解质类型来分。到目前为止，已开发的燃料电池按照电解质类型分为五种。
1.3 燃料电池的原理（以质子交换膜燃料电池为例）燃料电池的原理（以质子交换膜燃料电池为例）燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转变为低压直流电的装置，即通过燃料和氧化剂发生电化学反应产生直流电和水。燃料电池装置从本质上说是水电解的一个“逆”装置。在电解水过程中，外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。
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磷酸型燃料电池

磷酸型燃料电池
contents
目录
• 燃料电池概述 • 磷酸型燃料电池结构与组成 • 磷酸型燃料电池工作原理及性能参数 • 磷酸型燃料电池制备工艺及优化方法 • 磷酸型燃料电池应用领域与市场前景 • 实验设计与数据分析方法
01 燃料电池概述
燃料电池定义与原理
燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。其基本原理是电化学反应，通过燃料在阳极的氧化和氧化剂在阴极的还原，产生电子流动从而形成电流。
• 提高电池温度：适当提高电池的工作温度，有利于提高电解质的质子传导效率和电极的催化活性，从而提高电池性能。然而，过高的温度可能导致电池材料的热稳定性和机械性能下降，因此需要权衡温度对电池性能的影响。
• 优化电池管理系统：通过改进电池管理系统的控制策略、提高系统的能量转换效率等方式，优化电池的运行状态，延长电池的使用寿命并提高性能。例如，可以采用先进的控制算法对电池进行充放电管理，避免过度充放电对电池造成损害。
不同于传统电池，燃料电池的燃料和氧化剂并非预先存储于电池内部，而是由外部供给，因此理论上只要不断供给燃料和氧化剂，燃料电池就能持续发电。
燃料电池分类及应用领域
根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。
工作原理介绍
1 2 3
电解质
采用磷酸作为电解质，利用其在高温下的离子导电性。
电极反应
在阳极，燃料（如氢气）发生氧化反应，释放出电子；在阴极，氧化剂（如氧气）接受电子发生还原反应。
离子传导
磷酸中的氢离子在电极间传导，形成电流。

燃料电池

日野燃料电池巴士
这艘212型潜艇是世界上最现代化的常规潜艇。潜艇采用的燃料电池推进系统可使潜艇保持更长的潜航时间，更不容易被敌人探测到。
德国海军新一代燃料电池潜艇服役
甲醇燃料電池，燃料電池的层狀結构
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池氢-氧燃料电池反应原理这个反映是电觧水的逆过程。电极应为：负极：H2 +2OH-→2H2O +2e正极：1/2O2 +H2O+ 2e-→2OH电池反应：H2 +1/2O2==H2O
THANK FOR YOUR ATTENTIONG!
但是，由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对燃料电池十分重视，1996年和1998年两次在香山科学会议上对中国燃料电池技术的发展进行了专题讨论，强调了自主研究与开发燃料电池系统的重要性和必要性。近几年中国加强了在PEMFC方面的研究力度
国际发展状况在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以奋起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正比较不能单考虑电源投资，还应将长距离输电、配电投资与厂用电、输电能耗和两种能源转换装置的效率考虑在内。如此来计算综合投资大型的火电厂每千瓦约为1.3~1.5万元。发电消耗的燃料为燃料电池的两倍以上，按目前在中国天然气最低市价（产地市价人民币1元/m3）计算，当发电时间超过 70000h以后，用燃料电池发电将比用传统的热机发电更经济。在实际发电工程中还应考虑传统的热机发电占地面积大，环境污染重的问题。随着燃料电池发电技术的不断完善，造价将不断的降低，特别是在规模化生产后，其造价将大幅度的下降，有理由相信，不久的将来这种发电方式会对传统热机发电构成挑战。

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

1、电极
燃料电池的电极是燃料发生氧化反应与氧化剂发生还原反应的电化学反应场所，其性能的好坏关键在于触媒的性能、电极的材料与电极的制程等。
电极主要可分为两部分，其一为阳极（Anode），另一为阴极（Cathode），厚度一般为200－500mm；其结构与一般电池之平板电极不同之处，在于燃料电池的电极为多孔结构，所以设计成多孔结构的主要原因是燃料电池所使用的燃料及氧化剂大多为气体（例如氧气、氢气等），而气体在电解质中的溶解度并不高，为了提高燃料电池的实际工作电流密度与降低极化作用，故发展出多孔结构的的电极，以增加参与反应的电极表面积，而此也是燃料电池当初所以能从理论研究阶段步入实用化阶段的重要关键原因之一。
目前,氢燃料电池的发电热效率可达65%～ 85%,重量能量密度500～ 700Wh/kg,体积能量密度1 000～ 1 200Wh/L,发电效率高于固体氧化物燃料电池。氢燃料电池在30～ 90℃下运行,启动时间很短,0～ 20s内即可达到满负荷工作,寿命可以达到10年,无震动,无废气排放,大批量生产成本可降到100～ 200美元/kW 。将氢燃料电池用于电动车,与燃油汽车比较,除成本外,各方面性能均优于现有的汽车。只要进一步降低成本,预计不久就会有实用的电动车问世。
燃料电池
电池类型
01 基本介绍
03 技术原理
目录
02 原理和发展 04 组成结构
05 优点
07 几种
目录
06 应用和研究 08 现状
基本信息
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高;另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

燃料电池

燃料电池是一种将氢，氧的化学能通过催化反应直接转换成电能的装置。

其最大特点在于反应过程不涉及燃烧和热机，不受卡诺循环的限制，因此能量转换效率可高达60％～70％实际使用效率是普通内燃机的2倍左右。

质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种因为具备了低温快速启动，无电解液腐蚀溢漏问题等运输动力所必须具备的特点，而被认为是今后燃料电池汽车上最理想的。

燃料电池的起源可以追溯到19世纪初，欧洲的两位科学家CFSchbnbein教授与WilliamRGrove爵士，他们分别是燃料电池原理的发现者和燃料电池的发明者。

进入21世纪后的今天，全世界各地已经有许多医院、学校、商场等公共场所已经安装了燃料电池进行并联供电或示范运行，而主要的汽车制造商也已经开发出各种燃料电池原型车辆。

在北美和欧洲的许多城市，以燃料电池为动力的公共汽车正在投入示范运行。

在中国的北京和上海也已经出现燃料电池公共汽车示范运行车队。

此外以燃料电池作为便携式电子产品电源的研究也在如火如茶地进行。

19世纪科学上的奇特发现即将成为21世纪及以后年代的主流能源使用方式。

一、燃料电池基本原理燃料电池与一般传统电池一样，是一种将活性物质的化学能转化为电能的装置，因此都属于电化学动力源。

与一般传统电池不同的是燃料电池的电极本身不具有活性物质，而只是个催化转换组件。

燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。

传统电池当其内部的活性物质用完后则需停止使用，待重新补充活性物质后才可以再使用。

而燃料电池则是名副其实的能量转换机器，而非能量储存机器。

燃料和氧化剂等活性物质都是从燃料电池外部输入，原则上只要不断从外部输入活性物质，燃料电池就可以源源不断的提供电能。

从这个意义上说，燃料电池本身是一个开放的发电装置，这正是燃料电池和普通电池的最大区别。

氢氧燃料电池实际上就是电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释，放电能。

氢气和氧气分别是燃料电池在电化反应过程中的燃料和氧化剂。

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。

燃料电池知识点总结

燃料电池知识点总结一、燃料电池的基本知识1.1 燃料电池的定义燃料电池是一种通过将氢气或含氢化合物燃料与氧气在催化剂的作用下进行氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的电化学能源装置。

1.2 燃料电池的组成燃料电池主要由阳极、阴极、电解质和电极反应催化剂组成。

其中阳极和阴极之间是电解质层，阳极和阴极外部分别连接电流导体并提供气体进出。

1.3 燃料电池的优点燃料电池具有高效能、零排放、低噪音、易于储存和传输等优点，是一种理想的清洁能源技术。

1.4 燃料电池的缺点目前燃料电池技术还存在成本较高、储氢问题、催化剂稀有等问题，限制了其在大规模应用中的推广。

二、燃料电池的类型2.1 氢氧燃料电池氢氧燃料电池是利用氢气和氧气通过电化学反应产生电能的电池。

它的主要类型包括碱性燃料电池（AFC）、聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）和磷酸燃料电池（PAFC）等。

2.2 甲醇燃料电池甲醇燃料电池是将甲醇作为燃料，通过对甲醇进行氧化还原反应来产生电能。

它的主要类型包括直接甲醇燃料电池（DMFC）和高温甲醇燃料电池（HTMFC）等。

2.3 碳氢燃料电池碳氢燃料电池是将石油、天然气、生物质等碳氢化合物作为燃料，通过电化学反应来产生电能。

它的主要类型包括燃料电池烷烃燃料电池（PAFC）、燃料电池烃烃燃料电池（PEMFC）和燃料电池液化石油气燃料电池（LPGFC）等。

三、燃料电池的工作原理3.1 燃料电池的工作原理燃料电池是一种通过氢气或含氢化合物作为燃料，在阳极发生氧化反应产生电子，电子通过外部电路产生电流，然后在阴极与氧气反应释放出电子和水的电化学装置。

3.2 燃料电池的电化学反应燃料电池的电化学反应包括阳极反应和阴极反应。

阳极反应是氢气通过催化剂发生氧化反应生成正极电子和质子；阴极反应是氧气与质子和正极电子在催化剂的作用下发生还原反应生成水。

3.3 燃料电池的工作过程燃料电池的工作过程包括氢气或含氢化合物燃料在阳极发生氧化反应产生正极电子和质子，正极电子通过外部电路产生电流。

燃料电池简介

2.燃料电池反应动力学
定义：对燃料电池反应过程旳研究。目旳：解释燃料电池旳反应过程怎样造成性能损失。
活化能垒
Butler-Volmer方程
论述电化学反应产生旳电流随活化过电势旳变化。
Butler-Volmer方程函数曲线
由图能够看出，假如我们想从电池中取得更多电流，就必须以损失电压为代价
燃料电池பைடு நூலகம்
1.燃料电池旳概述
燃料电池（full Cell）是一种将连续供给旳燃料和氧化剂中旳化学能连续不断地直接转化为电能旳电化学装置。
燃料电池在原理和构造上和一般电池（battery）完全不同。燃料电池旳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，因而容量是无限旳。而电池旳容量是有限旳，活性物质一旦消耗完，电池旳寿命就终止。
影响燃料电池性能旳原因
活化过电势对燃料电池性能旳影响
怎样改善动力学性能
3.质子互换膜燃料电池
质子互换膜燃料电池(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旳“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子互换膜构成。其电解质是由一种质子导体聚合电解膜构成。
16 公斤（35 磅）重旳 UATC（包括了 6 公斤有效载荷）可经过燃料电池动力系统实现 6 小时飞行，其而没有毒气旳排放。
谢谢
4.燃料电池旳应用
2023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送博览会(简称 “物博会”)上正式公布，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，该车也是我国公布旳首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。

什么是燃料电池

什么是燃料电池燃料电池是一种能够将化学能直接转化为电能的设备。

它以燃料和氧气为原料，通过氧化还原反应产生电能。

与传统的化石燃料发电方式相比，燃料电池具有更高的能源转化效率、更低的污染排放以及更广阔的应用前景。

在未来的能源领域中，燃料电池有着巨大的潜力。

燃料电池的基本原理和组成燃料电池的基本原理是通过电化学反应将燃料和氧气转化为电能和热能。

简单来说，燃料电池由负极（阳极）、正极（阴极）和电解质膜三部分组成。

负极（燃料），例如氢气或甲醇，在阳极发生氧化反应，释放出电子和氢离子；正极（氧化剂），即空气中的氧气，与电子和氢离子结合，发生还原反应。

而电解质膜则起着隔离阳、阴极以及传递离子的作用。

燃料电池的分类燃料电池根据燃料的不同可分为多种类型，常见的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。

不同类型的燃料电池在适用范围、运行温度和效率等方面存在差异。

例如，质子交换膜燃料电池在低温下运行，适用于小型移动设备，如汽车和便携式电子设备。

而固体氧化物燃料电池则在高温下运行，适用于大型电力设备，如电厂和船舶。

燃料电池的优势和挑战燃料电池相对于传统的燃烧发电方式具有多方面的优势。

首先，燃料电池的能源转化效率高，通常能达到50%以上，远高于传统燃烧发电的30%左右。

其次，燃料电池不产生有害气体和颗粒物排放，对环境友好，有助于减少空气污染和温室气体排放。

此外，燃料电池具有快速启动、噪音低和模块化结构等优势，使得其在移动设备和应急电源领域具有广泛应用前景。

然而，燃料电池的应用仍面临诸多挑战。

首先，燃料电池的成本仍然较高，主要受制于贵金属催化剂的价格。

此外，燃料电池的燃料和氧化剂供应问题也是一个难题。

例如，氢气作为一种主要的燃料，其生产、储存和分配设施的建设尚需加强。

此外，燃料电池的耐久性和稳定性也需要进一步提高，以满足长期工作的需求。

燃料电池的应用领域燃料电池具有广泛的应用领域，包括交通运输、能源供应和移动电源等。

燃料电池

燃料动力电池简单地说，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”。

燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。

目前，燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展，即碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell,AFC）、磷酸盐型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）、固体氧化物型燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）、固体聚合物燃料电池（Solid Polymer Fuel Ce ll,SPFC,又称为质子交换膜燃料电池，Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEM FC）、及生物燃料电池（BEFC）。

按工作温度它们又分为高、中、低温型燃料电池。

工作温度从室温到373K(100℃)的为常温燃料电池，如SPFC；工作温度在373K(10 0℃)～573K(300℃)之间的为中温燃料电池，如PAFC；工作温度在873K(600℃)以上的为高温燃料电池，如MCFC和SOFC。

有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池。

它的工作原理是：将氢气送到负极，经过催化剂（铂）的作用，氢原子中两个电子被分离出来，这两个电子在正极的吸引下，经外部电路产生电流，失去电子的氢离子（质子）可穿过质子交换膜（即固体电解质），在正极与氧原子和电子重新结合为水。

由于氧可以从空气中获得，只要不断给负极供应氢，并及时把水（蒸汽）带走，燃料电池就可以不断地提供电能。

燃料电池的特点燃料电池十分复杂，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。

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。