第三章燃料电池资料只是课件

一般认为，Pt对CH3OH电化学催化的机理为：
2.1.1电催化剂的制备
至今，PEMFC所用电催化剂均以Pt为 主催化剂组分。为提高Pt利用率， Pt均以 纳米级高分散地担载到导电，抗腐蚀的碳 担体上。所选碳担体以碳黑或乙炔黑为主， 有时它们还要经高温处理，以增加石墨特 性。最常用的担体为VulcanXC-72R，其平 均粒径约30nm，比表面积约250m2/g。
原能子使。H其—第中H二M键步H断的2裂与第形M一成H种分M可别—能表H途键示径，吸是而附H第的2与二氢M种分可子作能和用途氢就 径二者是的MH差2异需在要于水M分与子H的原碰子撞间才作能用使力H的—强H弱键不断同裂，。 前者的M与H原子间作用强，而后者的作用弱。 因此，吸附氢作用强的催化剂在第二步反应中按 第一种途径的可能性大；而吸附氢作用弱的催化 剂按第二种途径的可能性大。在多数情况下，过 渡金属元素在吸附氢时直接离解成MH。Raman 光谱实验证实，PEMFC中H 在Pt上氧化的第二步 正是按上述第一种途径进行的。
(4)水和热管理系统
2 质子交换膜型燃料电池材料
2.1 电催化剂
电催化 电催化是使电极与电解质界面上的电荷转移反
应得以加速的催化作用。 电催化反应速度不仅由电催化剂的活性决定，
而且与双电层内电场及电解质溶液的本性有关。
2.1.1电催化剂催化机理
H2的阳极氧化 H2在酸性环境中的阳极氧化反应为：
一般认为它的具体途径如下：(M 代表电催化剂 表面原子) 第一步： 第二步有两种可能的途径：
1.2 燃料电池工作原理
阳极反应 2H2+4OH-→4H2O+4e阴极反应 4e-+O2+2H2O →4OH总反应 2H2+O2 → 2H2O
燃料电池通过氧与氢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。 上图为燃料电池基本原理示意图。
第三章燃料电池资料
再生质子交换膜燃料电池(RFC)具有高的比能量 ，近年来也得到航空航天领域的广泛关注；直接甲醇 燃料电池(DMFC)在电子器件电源如笔记本电脑、手 机方面等得到了演示，已经进入到了商业化的前夜； 以固体氧化物燃料电池(SOFC)为代表的高温燃料电 池技术也取得了很大的进展。但是，燃料电池技术还 处于不断发展进程中，燃料电池的可靠性与寿命、成 本与氢源是未来燃料电池商业化面临的主要技术挑战 ，这些也是燃料电池领域研究的焦点问题。
1.3燃料电池的分类
（1）碱性燃料电池（AFC） （2）质子交换膜燃料电池（PEMFC） （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）
1.4 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。
1.1 发展历史
• 1839年，Grove所进行的电解作用实验——使用 电将水分解成氢和氧。
• 第一个碱性燃料电池。 • 1866年，制造出了能工作的燃料电池。 • 20世纪60年代，宇宙飞行的发展，才使燃料电池
技术重又提到议事日程上来。出于对能保护环境 的能源供应的需求，激发了人们对燃料电池技术 的兴趣。
采用化学方法制备Pt/C电催化剂的原料一般 采用铂氯酸。制备路线分两大类：
a 先将铂氯酸转化为铂的络合物，再 由络合物制备高分散Pt/C电催化剂；
b 直接从铂氯酸出发，用特定的方法 制备Pt高分散的Pt/C电催化剂。
为提高电催化剂的活性与稳定性，有时还添加 一定的过渡金属，支撑合金型的电催化剂。
2.2 多孔气体扩散电极及其制备方法
1.8 燃料电池系统组成
单独的燃料电池堆是不能发电并用于汽车的，它必 需和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管 理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统组成 燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。
1 燃料电池组
2 辅助装置和关键设备：
(1)燃料和燃料储存器
(2)氧化剂和氧化剂存储器
(3)供给管道系统和调节系统
1.5 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。
1.6 熔融碳酸燃料电池（MCFC）
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 H 2 ，还可直接用 C O 、天然气 （甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、 N H 3 、 H 2 S 等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。
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： 阴 极： O2 + 2CO2 + 4e- →2CO32阳 总反极应：：2HO22+＋2C2HO232→- →2H22COO2 + 2H2O + 4e–
1.7 固态氧燃料电池（SOFC）
2.1.1 CH3OH的阳极氧化
CH3OH是一种易溶于水的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体燃料，它不像H2和 烃类燃料存在浓差极化问题。但CH3OH氧化时存在 以下几个问题：
a. CH3OH及其中间产物的电极反应速度较慢； b.电催化剂易被中间产物毒化；
c.在许多电催化剂上均生成HCOOH和HCHO等副 产
物；
即使在开路状态或在很低的电流密度(50mA／cm2) 下，仍出现0.4V的电压损失。