燃料电池讲解：PPT课件.ppt

燃料电池介绍,一、燃料电池二、,氢氧燃料电池,一、燃料电池,燃料电池（Fuelcell），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，发电后产生纯水和热，20世纪60年代应用在美国军方，后于1965年应用于美国双子星座5号飞船。现在也有一些笔记型电脑开始研究使用燃料电池。但由于产生的电量太小，且无法瞬间提供大量电能，只能用于平稳供电上。,德国海军新一代燃料电池潜艇服役,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。,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,燃料电池车型能源来自于燃料电池堆，而燃料电池堆可看做是一个小型发电站，能够持续产生能源,燃料电池的优势1，洁净、安全的发电装置从发电厂、工厂，以及汽车等排出的大量各种物质是造成大气污染和地球温暖化的主要原因。而燃料电池可以替代这些正在使用的锅炉和内燃机等。2，多燃料系统在地球上，氢绝大多数是以化合物的形式存在。比如：氢氧化合物（水）和碳氢化合物。可以作为燃料电池原料使用的碳氢化合物主要来源于天然气、液化气、石油和煤炭等化石燃料。可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料。,3，高效率的发电装置4，分散型的发电装置规模最大的可以替代火力发电或核能发电，用于商业发电。不需要庞大的设备，不需要变送电系统；与核能相比，发生事故的危险性较小。可以建在大城市的近郊。规模稍小的可以建在住宅小区、办公楼、厂区甚至城市的中心地带。可以减少因长距离输送电力而产生的损耗。面向个人用途的超小型燃料电池可以作为笔记本电脑和移动便携电话的电源。,燃料电池的类型碱性燃料电池（AFC）采用氢氧化钾溶液作为电解液。质子交换膜燃料电池（PEMFC）采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。磷酸燃料电池（PAFC）采用200高温下的磷酸作为其电解质。熔融碳酸燃料电池（MCFC）固态氧燃料电池（SOFC）采用固态电解质,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,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、电力行业不得不正视的课题。,经济性燃料电池发电与常规的火电投资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1.31.5万元。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。,2019/12/12,15,可编辑,氢氧燃料电池,二、,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。,二、燃料电池的定义,燃料电池是一种能够持续的通过发生在正极和负极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。,三、燃料电池的工作原理,燃料电池由正极、负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，燃料在负极氧化，氧化剂在正极还原，电子从负极通过负载流向正极构成电回路，产生电流。,四、氢氧燃料电池的工作原理,2e,-,2e,-,氢气,H2O,H,H,+,+,OH,OH,-,-,A,氧气,负极正极,五、氢氧燃料电池的装置,石墨电极,Na2SO4,溶液,电解槽,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。,六、通直流电制取氢气和氧气,石墨电极,Na2SO4,溶液,电解槽,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,（阴极）4H+4e-=2H2,七、氢氧燃料电池带动小电器,石墨电极,Na2SO4,溶液,电解槽,电池中附有氢气的碳棒为负极，附有氧气的碳棒为正极。,电子钟,可走数十分钟,（+）O2+4e-+4H+=2H2O,（-）2H2-4e-+4OH-=4H2O,石墨电极,Na2SO4,溶液,电解槽,电池中附有氧气的碳棒为正极，附有氧气的碳棒为正极。,电子贺卡,贺卡发出红光和音乐声音,七、氢氧燃料电池带动小电器,八、该氢氧燃料电池的优点,装置美观，材料价廉;操