燃料电池技术及应用

PEMFC电池供电系统的优点
采用多台 PEMFC 发电机联网还可构成分散式供电系统。分散式供 电系统有很多优点：① 可省去电网线路及配电调度控制系统；② 有 利于热电联供（由于 PEMFC 电站无噪声，可就近安装，PEMFC 发电所产生的热可进入供热系统），可使燃料总利用率高达 80%以 上；③ 受战争和自然灾害等影响比较小，尤其适宜于现代战争条件 下的主动防护需要；④ 通过天燃气、煤气重整制氢，可利用 现 有 天 燃 气 、 煤 气 供 气 系 统 等 基 础 设 施 为PEMFC 提供燃料； 通过再生能源制氢（电解水制氢、太阳能电解制氢、生物制氢）则 可形成循环利用系统（这种循环系统特别适用于边远地区、人所） ，使系统建设成本和运行成本降低。国际上普遍认为，随着燃料电 池的推广应用，发展分散型电站将是一个趋势。
陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电 池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还 原，简化了设备。
小结燃料电池的优点
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。总的来说， 燃料电池具有以下特点：
燃料电池的种类
• 磷酸燃料电池 （PAFC） • 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) • 质子交换膜燃料电池（PEMFC） • 固体氧化物燃料电池（SOFC）
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
质子交换膜燃料电池 (PEMFC，也叫固 体聚合物燃料电池)是一种低温燃料电池，由 于其电解质是由质子（H+）导电聚合物构成 而得其名。
PEMFC 的特点及研发应用现状
众多的燃料电池，PEMFC 以其工作温度低、启动快、能量密度高、寿 命长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。
(1) PEMFC 作为移动式电源的应用 一是可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等。适用于军 事、通讯、计算机等领域，以满足应急供电和高可靠性、高稳定 性供电的需要。
固体氧化物燃料电池
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 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。
21世纪随着电子产品小型化的进展，当 前锂离子电池的能量密度，已经不能满足便携 式笔记本电脑、移动电话、PDA等电子设备的 要求了。
当移动电话增加接收地面数字ห้องสมุดไป่ตู้视功能，
采用大型真彩显示屏时，其供电量可增加到现 在的（通常为700mA·h）3～4倍，达2A·h以上。 这一切都对微电子产品的供电系统提出了新的 挑战。
二是用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源，以 满足环保对车辆排放的要求。从目前发展情况看，PEMFC 是技 术最成熟的电动车动力电源。
(2) PEMFC 作为固定式电源的应用
PEMFC 除适用于作为交通电源外，也非常适合用于固定式电 源。既可与电网系统互联，用于调峰；也可作为独立电源， 用作海岛、山区、边远地区、或作为国防（人防）发供电系 统电源。
（2）在电池的另一端，氧气（或空 气）通过管道或导气板到达阴极，在 阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离 子与通过外电路到达阴极的电子发生 反应生成水， 阴极反应为：1/2O2+2H++2e→H2O
总的化学反应为： H2+1/2O2＝H2O
电子在外电路形成直流电。因此，只 要源源不断地向燃料电池阳极和阴极 供给氢气和氧气，就可以向外电路的 负载连续地输出电能。
其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组 成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为 氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电 化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。 工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负 极，阴极为电源正极。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作原理
(1) 氢气通过管道或导气板到达阳极 ；在阳极发生反应：H2→2H++2e
燃料电池技术及应用
• 引言 • 各种燃料电池的技术 • 燃料电池的应用
引言
• 时至今日，世界经济大体上仍然是化石燃料依 赖型的，石油、煤和天然气占世界初级能源消 费总量的８５％左右，剩下的部分主要是水电 和核电，真正的可再生清洁能源如风能、太阳 能等所占比例不到３％。世界能源需求仍在以 １．５％～２％的年率增长，而地质学家预测 说，石油和天然气价格将大幅度上升，再也不 会回落。如果到时候还没有找到真正能够取代 石油的新能源，必将出现大面积的经济恐慌， 许多国家正为此不断付出政治和资金上的代价。 例如美国对伊拉克的战争实际上是为了它的石 油 ，导致萨达姆的下台。
固体氧化物燃料电池原理
固体氧化物燃料电池原理：
在阳极通入燃料气，具有催化 作用的阳极表面吸附燃料气体,并 通过阳极的多孔结构扩散到阳极与 电解质的界面.在阴极一侧持续通 入氧气或空气 ,具有多孔结构的阴 极表面吸附氧 ,由于阴极本身的催 化作用 ,使得O2 得到电子变为O2 进入固体氧离子导体 ,最终到达固 体电解质与阳极的界面 ,与燃料气 体发生反应。
所以新的能源体系————燃料电池应 运而生！！！
什么是燃料电池？？？
是一种将燃料的化学能通过电极反应直接 转换成电能的装置。电池工作时需要连续地 供给活物质，和其它普通化学电池不一样。 和目前所使用的锂离子电池相比，重量只相 当于原有锂离子电池一半的燃料电池就可以 提供约4倍的电池能量。目前燃料电池技术可 以说是各国研究的重点。
固体氧化物燃料电池优点
可直接使用氢气、烃类(甲烷)、等燃料气作燃料，而不必使用 贵金属作催化剂
避免了其它燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐 蚀及封接问题
广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态结 构，无液体泄漏现象
固体氧化物燃料电池优点
能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用 率高达80％左右，是一种清洁高效的能源系统； 负荷响应快，运行质量高有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低