燃料电池简介.ppt

燃料电池 燃料电池 fullCell 是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地直接转化为电能的电化学装置 燃料电池在原理和结构上和普通电池 battery 完全不同 燃料电池的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 因而容量是无限的 而电池的容量是有限的 活性物质一旦消耗完 电池的寿命就终止 1 燃料电池的概述 燃料电池将其初始的能源转化成电子流而产生电能 1 1燃料电池的工作原理 步骤 1 反应物输入2 电化学反应3 离子通过电解质传导 电子通过外电路传导 4 反应物从燃料电池中排出 燃料电池截面示意图 以氢氧燃料电池为例总反应 2 12 2 2 1 1燃料电池的工作原理 半电化学反应方程式 阳极 2 2 2 阴极 12 2 2 2 2 即氧化还原反应 燃料电池在酸性电解质和碱性电解质下工作的对比 1 1燃料电池的工作原理 阳极 2 2 2 阴极 12 2 2 2 2 阳极 2 2 2 2 2 阴极 12 2 2 2 2 总反应 2 12 2 2 根据其电解质的不同 燃料电池可分为5大类型 1 聚合物电解质膜燃料电池 PEMFC 2 磷酸盐燃料电池 PAFC 3 碱性燃料电池 AFC 4 熔融碳酸盐燃料电池 MCFC 5 固体氧化物燃料电池 SOFC 1 2燃料电池的分类 根据工作温度的不同 燃料电池可以分为 1 低温型 工作温度低于120 2 中温型 工作温度120 260 3 高温型 工作温度260 750 4 超高温型 工作温度750 1200 1 2燃料电池的分类 发电效率高环境污染小比能量高噪音低燃料范围广负载调节灵活 可靠性高 1 4燃料电池的优点 定义 对燃料电池反应过程的研究 目的 解释燃料电池的反应过程如何导致性能损失 2 燃料电池反应动力学 定义 指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量 化学反应中 反应物转化为生成物必须越过活化能垒 降低活化能垒成为关键 活化能垒 阐述电化学反应产生的电流随活化过电势的变化 Butler Volmer方程 式中重要参数 净电流密度 活化过电势 0 交换电流密度净电流密度 正向和逆向电流的密度差 活化过电势 为了克服同电化学反应相关的活化能垒而牺牲的电压 交换电流密度 反应平衡时 正 逆向电流密度相等时的电流密度 由图可以看出 如果我们想从电池中获得更多电流 就必须以损失电压为代价 Butler Volmer方程函数曲线 Butler Volmer方程中 和 的关系 由此图又可以看出 损失电压特别依赖于 0的大小 具有一个大的 0对于好的电池性能至关重要 影响燃料电池性能的因素 活化过电势对燃料电池性能的影响 由前面知道改善动力学性能根源在于提高 0 而其公式为 如何改善动力学性能 改善动力学性能措施 1 增加反应物的浓度 2 降低活化能垒 加催化剂 3 提高温度 4 增加反应场所数目 质子交换膜燃料电池 protonexchangemembranefuelcell 英文简称PEMFC 是一种燃料电池 在原理上相当于水电解的 逆 装置 其单电池由阳极 阴极和质子交换膜组成 其电解质是由一种质子导体聚合电解膜构成 3 质子交换膜燃料电池 电解质膜非常薄电解质膜两边是一层薄的催化剂和多孔的碳电极支撑材料 形成电极 催化剂 膜 催化剂 电极结构 PEMFC的结构 结构示意图 优点 1 在所有燃料电池类型中功率密度最高 2 有好的开关能力 3 低温度工作环境使之适合便携式应用 缺点 1 电池材料成本高 2 需要良好的动态水管理 3 对CO和S的容忍度很差 PEMFC的优缺点 2017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输博览会 简称 物博会 上正式发布 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 该车也是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车 4 燃料电池的应用 垂