燃料电池的应用PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
燃料电池的应用
——文三619“滑板鞋团队”
目录
01
04
作燃
02
03
原料
理电
燃
池
料
简
电
介
池
及
的
工
分
类
燃 料 电 池 的 优 缺
燃 料 电 池 的 应 用
点
1、燃料电池简介及工作原理
1.1 简介
燃料电池是一种把燃料和氧 化剂中的化学能直接转化成电能 的装置。是继水力、火力、原子 能发电方式之后的“第四种发电 方式”。
表2-1 燃料电池所占市场分率
表2-2 各燃料电池参数表
2.1 质子交换膜燃料电池(PEMFC)
质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质，无电解质腐蚀问 题，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定 电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，尤其 是电动车的最佳驱动电源，它已成功地用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。
3、燃料电池的优缺点
3.1 燃料电池与其他几种发电方式比较起来有以下几个主要优点：
（1）燃料电池是通过燃料与氧化剂的化学反应直接将化学能转变成电能，没 有中间的能量转化环节，因而这种发电方式能量转化效率可高达50％。还可回 收发电过程中产生的余热。若把产生的余热再用于发电或供暖、供水等，综合 考虑效率能达到80％。
( 3 )要能抵受高温碱性溶液的高度侵蚀环境，燃料电池的外壳必须采用特别 材料。材料技术的进展缓慢，并未能找到适当的材料。
(4) 氢气十分易燃和易爆，因此必须小心处理。在燃料电池的商业应用中， 如何安全配送氢气燃料成为一个主要障碍。兴建氢气配送系统的成本十分高。
(5)氢燃料基础建设不足, 氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全 世界充氢站仅约70站 ，仍值示范推广阶。此外，加气时间长，约需时5分钟, 尚跟不上工商时代的步伐。
3.3.1 发展贵金属部分替代或完全替代的催化剂
优化制备方法， 利用形貌控制，可有效地提高催化剂活性与稳定性。利用高 指数晶面Pt具有的开放表面结构、高密度的台阶原子以及其所处的短程有序环境 等特点，使催化剂的活性和稳定性方面均得到显著提高。
Pt合金催化剂目前显示出较好的发展前景，借助加入第2或第3种非Pt金属， 利用电子或几何效应，在达到低 Pt、高活性的同时，稳定性也相应提高。其中核 壳型催化剂是研究热点之一，利用非贵金属为支撑核，表面贵金属为壳的结构， 可降低Pt用量，提高质量比活性．如由欠电位沉积方法制备的Pt-Pd-Co/C单层核 壳催化剂总质量比活性是商业催化剂Pt/C的3倍; 利用脱合金方法制备的Pt-Cu-Co /C核壳电催化剂。质量比活性可达Pt/C的4倍．
阴极：
O 22C2O 4e 2C3O
阳极：
2 H 2 2 C 3 O 2 C 2 O 2 H 2 O 4 e
总反应： O 22H2 2H2O
2.5 固态氧燃料电池(SOFC)
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、 氨气、硫化氢等作燃料。这类电池最适合分散和集中发电。
两电极的反应和总反应分别为：
阳极(负极)：2H2-4e→4H+ 阴极(正极)：O2+4e+4H+→2H2O 总反应： 2H2+O2=2H2O
图2-1 PEMFC装置图
图2-2 PEMFC工作原理图
直接甲醇燃料电池（DMFC）
属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，系直接使用液态甲醇为燃料
供给来源，而不需透过重组器重组甲醇、汽油及天然气等再取出氢以供发电。
（2）燃料电池发电过程，机械部件很少，噪声低；化学反应的排出物主要是 水蒸气等洁净的气体，不会污染环境。在环境污染日趋严重的今天，燃料电池 的这个优点尤其可贵。
3.2 燃料电池的缺点
( 1 )燃料电池的操作需要催化剂。常用的催化剂是铂和钯，都是很昂贵的金 属。
( 2 )要避免催化剂中毒的问题，电池所采用的燃料和氧化剂的纯度必须很高 。生产纯氢气和氧气要求很高的技术。
相对于质子交换膜燃料电池(PEMFC) ，直接甲醇燃料电池 (DMFC) 的低温生电、
燃料成分危险性低与生电结构简单等特性使直接甲醇燃料电池 (DMFC)成为可 携式电子产品应用的主流。
图2-3 DMFC装置图
图2-4 DMFC工作Biblioteka Baidu理图
2.2 碱性燃料电池(AFC)
碱性燃料电池的工作温度大约70℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子 交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生
1.2 工作原理
燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学 电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极经过负载流向阴极 构成电回路，产生电流。
图1-1 燃料电池工作原理图
2、燃料电池的分类
（1）质子交换膜燃料电池（PEMFC） （2）碱性燃料电池（AFC） （3）磷酸燃料电池（PAFC） （4）熔融碳酸燃料电池（MCFC） （5）固态氧燃料电池（SOFC）
产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。 两电极的反应和总反应分别为：
阳极反应：2H2+4OH- →4H2O+4e阴极反应：O2+2H2O+4e- →4OH-
总反应： 2H2+O2=2H2O
2.3 磷酸燃料电池(PAFC)
磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为 200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。最初开发磷酸燃料电池是 为了控制发电厂的峰谷用电平衡，近来则侧重于作为向公寓、购物中心、医院 、宾馆等地方提供电和热的现场集中电力系统。
两电极的反应和总反应分别为： 阳极：2H2+4e→4H+ 阴极：O2+4H+→4H2O+4e 总反应：2H2+O2=2H2O
2.4 熔融碳酸燃料电池(MCFC)
熔融碳酸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，两电极反应和总反
应为：
——文三619“滑板鞋团队”
目录
01
04
作燃
02
03
原料
理电
燃
池
料
简
电
介
池
及
的
工
分
类
燃 料 电 池 的 优 缺
燃 料 电 池 的 应 用
点
1、燃料电池简介及工作原理
1.1 简介
燃料电池是一种把燃料和氧 化剂中的化学能直接转化成电能 的装置。是继水力、火力、原子 能发电方式之后的“第四种发电 方式”。
表2-1 燃料电池所占市场分率
表2-2 各燃料电池参数表
2.1 质子交换膜燃料电池(PEMFC)
质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质，无电解质腐蚀问 题，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定 电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，尤其 是电动车的最佳驱动电源，它已成功地用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。
3、燃料电池的优缺点
3.1 燃料电池与其他几种发电方式比较起来有以下几个主要优点：
（1）燃料电池是通过燃料与氧化剂的化学反应直接将化学能转变成电能，没 有中间的能量转化环节，因而这种发电方式能量转化效率可高达50％。还可回 收发电过程中产生的余热。若把产生的余热再用于发电或供暖、供水等，综合 考虑效率能达到80％。
( 3 )要能抵受高温碱性溶液的高度侵蚀环境，燃料电池的外壳必须采用特别 材料。材料技术的进展缓慢，并未能找到适当的材料。
(4) 氢气十分易燃和易爆，因此必须小心处理。在燃料电池的商业应用中， 如何安全配送氢气燃料成为一个主要障碍。兴建氢气配送系统的成本十分高。
(5)氢燃料基础建设不足, 氢气在工业界虽已使用多年且具经济规模，但全 世界充氢站仅约70站 ，仍值示范推广阶。此外，加气时间长，约需时5分钟, 尚跟不上工商时代的步伐。
3.3.1 发展贵金属部分替代或完全替代的催化剂
优化制备方法， 利用形貌控制，可有效地提高催化剂活性与稳定性。利用高 指数晶面Pt具有的开放表面结构、高密度的台阶原子以及其所处的短程有序环境 等特点，使催化剂的活性和稳定性方面均得到显著提高。
Pt合金催化剂目前显示出较好的发展前景，借助加入第2或第3种非Pt金属， 利用电子或几何效应，在达到低 Pt、高活性的同时，稳定性也相应提高。其中核 壳型催化剂是研究热点之一，利用非贵金属为支撑核，表面贵金属为壳的结构， 可降低Pt用量，提高质量比活性．如由欠电位沉积方法制备的Pt-Pd-Co/C单层核 壳催化剂总质量比活性是商业催化剂Pt/C的3倍; 利用脱合金方法制备的Pt-Cu-Co /C核壳电催化剂。质量比活性可达Pt/C的4倍．
阴极：
O 22C2O 4e 2C3O
阳极：
2 H 2 2 C 3 O 2 C 2 O 2 H 2 O 4 e
总反应： O 22H2 2H2O
2.5 固态氧燃料电池(SOFC)
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、 氨气、硫化氢等作燃料。这类电池最适合分散和集中发电。
两电极的反应和总反应分别为：
阳极(负极)：2H2-4e→4H+ 阴极(正极)：O2+4e+4H+→2H2O 总反应： 2H2+O2=2H2O
图2-1 PEMFC装置图
图2-2 PEMFC工作原理图
直接甲醇燃料电池（DMFC）
属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，系直接使用液态甲醇为燃料
供给来源，而不需透过重组器重组甲醇、汽油及天然气等再取出氢以供发电。
（2）燃料电池发电过程，机械部件很少，噪声低；化学反应的排出物主要是 水蒸气等洁净的气体，不会污染环境。在环境污染日趋严重的今天，燃料电池 的这个优点尤其可贵。
3.2 燃料电池的缺点
( 1 )燃料电池的操作需要催化剂。常用的催化剂是铂和钯，都是很昂贵的金 属。
( 2 )要避免催化剂中毒的问题，电池所采用的燃料和氧化剂的纯度必须很高 。生产纯氢气和氧气要求很高的技术。
相对于质子交换膜燃料电池(PEMFC) ，直接甲醇燃料电池 (DMFC) 的低温生电、
燃料成分危险性低与生电结构简单等特性使直接甲醇燃料电池 (DMFC)成为可 携式电子产品应用的主流。
图2-3 DMFC装置图
图2-4 DMFC工作Biblioteka Baidu理图
2.2 碱性燃料电池(AFC)
碱性燃料电池的工作温度大约70℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子 交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生
1.2 工作原理
燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学 电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极经过负载流向阴极 构成电回路，产生电流。
图1-1 燃料电池工作原理图
2、燃料电池的分类
（1）质子交换膜燃料电池（PEMFC） （2）碱性燃料电池（AFC） （3）磷酸燃料电池（PAFC） （4）熔融碳酸燃料电池（MCFC） （5）固态氧燃料电池（SOFC）
产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。 两电极的反应和总反应分别为：
阳极反应：2H2+4OH- →4H2O+4e阴极反应：O2+2H2O+4e- →4OH-
总反应： 2H2+O2=2H2O
2.3 磷酸燃料电池(PAFC)
磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为 200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。最初开发磷酸燃料电池是 为了控制发电厂的峰谷用电平衡，近来则侧重于作为向公寓、购物中心、医院 、宾馆等地方提供电和热的现场集中电力系统。
两电极的反应和总反应分别为： 阳极：2H2+4e→4H+ 阴极：O2+4H+→4H2O+4e 总反应：2H2+O2=2H2O
2.4 熔融碳酸燃料电池(MCFC)
熔融碳酸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，两电极反应和总反
应为：