燃料电池简介

燃料电池简介 Outline 燃料电池的基本工作原理燃料电池的分类燃料电池的优势燃料电池的发展现状我国研究开发进展总结 燃料电池的概念 简单地说 燃料电池 FuelCell 是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置 燃料和空气分别送进燃料电池 电就被奇妙地生产出来 它从外表上看有正负极和电解质等 像一个蓄电池 但实质上它不能 储电 而是一个 发电厂 燃料电池的概念是1839年G R Grove提出的 至今已有大约160年的历史 燃料电池的基本工作原理 水的电解的逆反应过程 它由正极 负极和夹在正负极中间的电解质板所组成 工作时向负极供给燃料 氢 向正极供给氧化剂 空气 氢在负极分解成正离子H 和电子e 氢离子进入电解液中 而电子则沿外部电路移向正极 在正极上 空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水 阳极 阴极 燃料电池的分类 目前 燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展 碱性燃料电池 AlkalineFuelCell AFC 采用氢氧化钾溶液作为电解液磷酸盐型燃料电池 PhosphoricAcidFuelCell PAFC 采用200 高温下的磷酸作为其电解质熔融碳酸盐型燃料电池 MoltenCarbonateFuelCell MCFC 采用熔融态碳酸盐作为其电解质固体氧化物型燃料电池 SolidOxideFuelCell SOFC 采用固态电解质固体聚合物燃料电池 SolidPolymerFuelCell SPFC 又称为质子交换膜燃料电池 ProtonExchangeMembraneFuelCell PEMFC 采用极薄的塑料薄膜作为其电解质生物燃料电池 BEFC 利用生物催化剂直接把化学能转化为电能 燃料电池的分类 燃料电池的分类 按燃料电池所用原始燃料的类型 可大致分为氢燃料电池通用汽车公司已研制成功使用液氢燃料电池产生动力的零排放概念车 氢动一号 该车加速快 操作灵活 从0 100km h加速仅16秒 最高时速可达140km h 续驰里程400km 甲烷燃料电池甲醇 乙醇燃料电池和汽油燃料电池 按燃料类型分 有氢气 甲醇 甲烷 乙烷 甲苯 丁烯 丁烷等有机燃料 汽油 柴油和天然气等气体燃料 有机燃料和气体燃料必须经过重整器 重整 为氢气后 才能成为燃料电池的燃料 燃料电池的优势 洁净 安全的发电装置有害气体 x x及噪音排放都很低 积木化强 规模及安装地点灵活 燃料电池电站占地面积小 建设周期短能量转化效率高直接将燃料的化学能转化为电能 中间不经过燃烧过程 目前燃料电池系统的燃料 电能转换效率在45 60 而火力发电和核电的效率大约在30 40 多燃料系统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负荷响应快 运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率 燃料电池的发展现状 全球燃料电池应用系统的增长 单位 个 资料来源 FuelCellToday 燃料电池的发展现状 各种燃料电池的应用现状 资料来源 FuelCellToday PEM 质子交换膜燃料电池 DMFC 直接甲醇燃料电池 SOFC 固体氧化物燃料电池 MCFC 熔融碳酸盐型燃料电池 AFC 碱性燃料电池 PAFC 磷酸盐型燃料电池 燃料电池的发展现状 全球燃料电池生产数量的区域分布 资料来源 FuelCellToday 最新科技 美国空军学院研究无人机用氢燃料电池技术 我国研究开发进展 我国2类碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统通过了航天环境模拟试验 国家已将质子交换膜燃料电池列为重点攻关项目 以大连化学物理所为牵头单位 在国内全面开展了质子交换膜燃料电池的材料和电池系统的研究 并组装了多台各种功率 1kw 25kw 的电池组和电池系统 达到了电动车动力源的要求 由全球环境基金 联合国开发计划署和中国政府共同支持的 中国燃料电池公共汽车示范项目 于2003年3月启动 历时5年在北京和上海示范 由我国自主研制的燃料电池城市客车和戴姆勒 克莱斯勒公司生产的燃料电池公共汽车 于2004年5月驶上北京街头 把参加第二届国际氢能论坛的与会代表送达人民大会堂会场 展望燃料电池的未来 开发可用于车辆的移动式燃料电池是发展这项技术的主要驱动力 通过在汽车工业大量使用燃料电池而带来预期的成本下降 将使固定式发电受益非浅 反之亦然 这些专门的应用领域意味着燃料电池技术是今后几年中可获得突破的几项未来技术中的一项 而且不需要耗费大量的政府投资 展望未来 氢燃料电池可能取代地面车辆 包括火车 的现有动力装置 并成为公用发电设备 目前全球年用电量大约是13太瓦 1太瓦 1万亿瓦 其中大多数来自石油 煤和天然气 可见燃料电池的发展前景是十分广阔的 总结 燃料电池的出现与发展 将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命 并且还会波及到汽车业 住宅 以及社会各方面的集中供电系统 在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代 燃料电池供电 没有二氧化碳的排放 可减轻温室