先进材料引论-储氢材料-燃料电池

1、储 氢 材 料12能源危机与环境问题能源危机与环境问题 化石能源的有限性与人类需求的无限性化石能源的有限性与人类需求的无限性石石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！ 化石能源的使用正在给地球造成巨大的生化石能源的使用正在给地球造成巨大的生态灾难态灾难温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！ 人类的出路何在？人类的出路何在？新能源研究势在必行！新能源研究势在必行！ 氢二十一世纪的绿色能源氢二十一世纪的绿色能源氢能概述及特点氢能概述及特点 所谓所谓氢能是指氢气所含有的能量氢能是指氢气所含有的能量，

2、实质上氢是一种二次能源，实质上氢是一种二次能源，是一次能源的转换形式。也就是说，它只是能量的一种存储形是一次能源的转换形式。也就是说，它只是能量的一种存储形式。氢能在进行能量转换时其产物是水式。氢能在进行能量转换时其产物是水 ，可实现真正的零排放。，可实现真正的零排放。作为能源，氢主要有以下主要特点：作为能源，氢主要有以下主要特点：所有元素中，氢所有元素中，氢重量最轻重量最轻氢本身氢本身无毒无毒，燃烧时会生成水和少量，燃烧时会生成水和少量氮化氢氮化氢所有气体中，氢气的所有气体中，氢气的导热性最好导热性最好除核燃料外氢的除核燃料外氢的发热值发热值是所有化石燃是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最

3、高的，料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油发热值的是汽油发热值的3倍倍氢是自然界存在氢是自然界存在最普遍的元素最普遍的元素氢氢燃烧性能好燃烧性能好，点燃快，燃点高，点燃快，燃点高，燃烧速度快燃烧速度快氢能氢能利用形式多利用形式多，如燃烧等，如燃烧等氢可以氢可以以气态、液态或固态的金以气态、液态或固态的金属氢化物出现属氢化物出现，能适应贮运及各，能适应贮运及各种应用环境的不同要求种应用环境的不同要求345氢能开发，大势所趋氢能开发，大势所趋X 氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽尽不存在枯竭问题不存在枯竭问题X 氢的热值高，燃烧产物是水氢的热值高，燃烧产物

4、是水零排放，无污零排放，无污染染 ，可循环利用可循环利用X 氢能的利用途径多氢能的利用途径多燃烧放热或电化学发电燃烧放热或电化学发电X 氢的储运方式多氢的储运方式多气体、液体、固体或化合物气体、液体、固体或化合物6系统是作为一种系统是作为一种储量丰富、无公害储量丰富、无公害的能源替代品的能源替代品而倍受重视。而倍受重视。u 如果如果以海水制氢以海水制氢作为燃料，从原理上讲，作为燃料，从原理上讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极为有利；燃烧后只能生成水，这对环境保护极为有利；氢能开发，大势所趋氢能开发，大势所趋7如果进一步如果进一步用太阳能以海水制氢用太阳能以海水制氢，则可实，则可实现现无公害能

5、源系统无公害能源系统。此外，氢还可以作为此外，氢还可以作为，通过通过利用过剩电力利用过剩电力进行进行，实现能，实现能源贮存。源贮存。氢能开发，大势所趋氢能开发，大势所趋氢的制取氢的制取方法方法8氢的制取氢的制取化石能源制氢化石能源制氢 目前，世界上目前，世界上95%的氢气是通过的氢气是通过石化燃料的重整获得石化燃料的重整获得的。的。 如何高效的规模如何高效的规模化制氢，必然是氢能化制氢，必然是氢能经济的关键技术。经济的关键技术。9生物质气化制氢生物质气化制氢 是将生物质置于高温下，经是将生物质置于高温下，经热解、水解、氧化、还原等一系热解、水解、氧化、还原等一系列热化学反应以及蒸汽重整、水列热

6、化学反应以及蒸汽重整、水气转换和变压吸附氢气分离等等气转换和变压吸附氢气分离等等化工过程生成高纯氢气的技术。化工过程生成高纯氢气的技术。 需解决气体热值偏低和气体需解决气体热值偏低和气体净化问题。净化问题。氢的制取氢的制取生物质气化制氢生物质气化制氢 10电解水制氢电解水制氢最有前途的制氢方式最有前途的制氢方式氢的制取氢的制取电解水制氢电解水制氢11氢的制取氢的制取原料、工艺和特点原料、工艺和特点制氢类型制氢类型原料原料工艺工艺特点特点烃类蒸汽转化和部分氧化法天然气、石油气化炉催化转化传统工业方法，CO2处理困难烃类分解法烃类采用热或等离子体将原料分解为氢和炭黑无需处理CO2，可得到炭黑等副产

7、品醇类分解法甲醇、乙醇等气化炉催化转化转化率和氢含量高，转化温度低煤气化法各种煤需气化、脱硫、变换等能耗高，氢含量低H2S分解法H2S微波等离子体分解,Fe3+电氧化吸收,催化热分解可处理H2S,但规模小光解水制氢水光催化材料的制备产量低，不成熟，环境友好水电解法水简单，碱溶液中投资高，使用电力生物法发酵细菌、光合细菌和藻类细胞固定化或光照条件产量低，不成熟，但可处理有机废水和生活垃圾等化石能源制氢化石能源制氢12在以氢作为在以氢作为能源媒体的能源媒体的氢能体系中，氢能体系中，是实际应用中的关键。是实际应用中的关键。储储氢材料就是作为氢材料就是作为储储而成为而成为当前材料研究的一个热点项目。当

8、前材料研究的一个热点项目。氢的储存氢的储存13 高压气体钢瓶是最普通高压气体钢瓶是最普通的储氢方法，目前的最高气的储氢方法，目前的最高气体压力为体压力为22MPa，下一个目，下一个目标是达到标是达到32MPa。但存在安。但存在安全隐患和大量的能源消耗。全隐患和大量的能源消耗。 氢的储存与运输氢的储存与运输高压气钢瓶储氢高压气钢瓶储氢高压储氢罐高压储氢罐14 液化后存储在绝热容器中。这种方法成本高，液化后存储在绝热容器中。这种方法成本高，储氢环节需要消耗储氢环节需要消耗40%40%的能量，而且储存液氢要有的能量，而且储存液氢要有极好的绝热设备极好的绝热设备托瓦瓶。液氢易逸散渗漏，会酿托瓦瓶。液氢

9、易逸散渗漏，会酿成严重火灾和爆炸事故。成严重火灾和爆炸事故。氢的储存与运输氢的储存与运输液化储氢液化储氢液态储液态储氢罐氢罐15 用某些金属或合金来储存氢。用某些金属或合金来储存氢。氢有一个奇持的性质，它氢有一个奇持的性质，它会与某些过渡金属会与某些过渡金属( (如钯等如钯等) )或合金形成金属氢化物或合金形成金属氢化物，但还须提高氢的质量密度。，但还须提高氢的质量密度。氢的储存与运输氢的储存与运输金属及合金储氢金属及合金储氢NaAlHNaAlH4 4化合物化合物16 纳米碳是指具有纳米尺度几何参数的碳材料，碳纳米碳是指具有纳米尺度几何参数的碳材料，碳纳米管能否储氢关系到储氢研究的方向。因此，

10、研纳米管能否储氢关系到储氢研究的方向。因此，研究碳纳米管储氢就显得十分重要。究碳纳米管储氢就显得十分重要。 氢的储存与运输氢的储存与运输碳纳米管储氢碳纳米管储氢碳纳米管储碳纳米管储氢示意图氢示意图17类类 型型典型技术典型技术体积密度体积密度重量密度重量密度备备 注注物理物理方法方法液态氢液态氢71/37 g/l5wt%20K,能耗大能耗大高压氢高压氢39/24 g/l3.3wt%RT,70MPa大比表吸附剂大比表吸附剂1wt%80K纳米碳管纳米碳管100 g/l4wt%30%NaBH4溶液溶液氢的储存与运输氢的储存与运输储存方法储存方法18不同储氢方式的比较不同储氢方式的比较气态储氢：气态储

11、氢：能量密度低能量密度低不太安全不太安全液化储氢：液化储氢：能耗高能耗高对储罐绝热性能要求高对储罐绝热性能要求高19固态储氢的优势：固态储氢的优势： 体积储氢容量高体积储氢容量高 无需高压及隔热容器无需高压及隔热容器 安全性好，无爆炸危险安全性好，无爆炸危险1) 可得到高纯氢，提高氢的附可得到高纯氢，提高氢的附加值加值不同储氢方式的比较不同储氢方式的比较2021体积比较体积比较不同储氢方式的比较不同储氢方式的比较储储氢材料氢材料(Hydrogen storage materials)是是在通常条件下在通常条件下的的特种材料特种材料。储氢储氢材料的作用材料的作用相当于相当于。什么是储氢材料什么是

12、储氢材料22金属氢化物储氢特点金属氢化物储氢特点 反应可逆反应可逆 氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠氢以原子形式储存，固态储氢，安全可靠 较高的储氢体积密度较高的储氢体积密度Abs.Des.M + x/2H2MHx + H 在室温和常压条件下在室温和常压条件下能迅速能迅速吸氢吸氢(H2)并反应生成并反应生成氢化物氢化物，使氢以，使氢以贮存起来，在需要的时候，适贮存起来，在需要的时候，适当当使这些贮存着的氢释放使这些贮存着的氢释放出来以供使用。出来以供使用。23Position for H occupied at HSM Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydro

13、gen on Octahedral Sites金属氢化物储氢金属氢化物储氢2425金属氢化物储氢金属氢化物储氢26镁在地壳中藏量丰富。镁在地壳中藏量丰富。MgH2是是可供工业利用的可供工业利用的二元化合物二元化合物，而且具有，而且具有。MgH2缺点：缺点：释放温度高释放温度高且且速度慢速度慢，抗抗腐蚀能力差腐蚀能力差。金属氢化物储氢金属氢化物储氢27新开发的新开发的Mg2Ni1-xMx (M = V，Cr，Mn，Fe， Co) 和和Mg2-xMxNi (Al， Ca) 比比MgH2的性能好。的性能好。金属氢化物储氢金属氢化物储氢28的的潜在应用潜在应用在于可在于可，工业废热提工业废热提供氢化物

14、分解所需的热量供氢化物分解所需的热量。目前，目前， 系合金在系合金在方面的应用已成为一个重要的研究方向。方面的应用已成为一个重要的研究方向。金属氢化物储氢金属氢化物储氢29人们很早就发现，人们很早就发现，与与反应反应生成生成REH2，这种氢化物这种氢化物加热到加热到1000以上以上才会分解。才会分解。而在而在中加入某些第二种金属形中加入某些第二种金属形成成后，后，在较低温度下在较低温度下也可也可，通，通常将这种合金称为常将这种合金称为。金属氢化物储氢金属氢化物储氢30在已开发的一系列在已开发的一系列中，中，性能最佳性能最佳，应用也最为广泛应用也最为广泛。已扩大到已扩大到能源能源、化工化工、电子

15、电子、宇航宇航、军事军事及及民用民用各各个方面。个方面。金属氢化物储氢金属氢化物储氢31典型的贮氢合金典型的贮氢合金是是1969年年荷兰菲利浦公司发现的，从而引发荷兰菲利浦公司发现的，从而引发了人们对了人们对的研究。的研究。 金属氢化物储氢金属氢化物储氢32以以为代表的为代表的稀土储氢合金稀土储氢合金被认为是被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一类所有储氢合金中应用性能最好的一类。 ：初期氢化容易，反应速度快，吸：初期氢化容易，反应速度快，吸-放氢放氢性能优良。性能优良。20时氢分解压仅几个大气压。时氢分解压仅几个大气压。：镧价格高，循环退化严重，易粉化。：镧价格高，循环退化严重，易粉化。金属

16、氢化物储氢金属氢化物储氢33Ti-Ni：TiNi，Ti2Ni，TiNi-Ti2Ni，Ti1-yZryNix，TiNi-Zr7Ni10，TiNiMmTi-Fe： 价廉价廉，储氢量大储氢量大，室温氢分，室温氢分解压只有几个大气压，很合乎使用要求。解压只有几个大气压，很合乎使用要求。但是但是活化困难活化困难，易中毒易中毒。金属氢化物储氢金属氢化物储氢34Ti-Mn：粉化严重粉化严重，中毒再生性差中毒再生性差。添。添加少量其它元素加少量其它元素(Zr, Co, Cr, V)可进一步改善可进一步改善其性能。其性能。其中，其中，TiMn1.5Si0.1，Ti0.9Zr0.2Mn1.40Cr0.4 具有很好

17、的储氢性能。具有很好的储氢性能。金属氢化物储氢金属氢化物储氢35具有具有吸氢量高吸氢量高，反应速度快反应速度快，易活化易活化，无滞后效应无滞后效应等优点。等优点。但是，但是，氢化物生成热大氢化物生成热大，吸放氢平台压吸放氢平台压力低力低，价贵价贵，限制了它的应用。，限制了它的应用。 ZrV2，ZrCr2，ZrMn2， Ti17Zr16Ni39V22Cr7 金属氢化物储氢金属氢化物储氢碳纳米管；碳纳米管； 1997.3 单壁碳纳米管中的储氢单壁碳纳米管中的储氢 nature 1999.7 碱掺杂的碳纳米管在常压常温下的高吸氢碱掺杂的碳纳米管在常压常温下的高吸氢量量science 1999.11室

18、温下在单壁碳纳米管上的储氢室温下在单壁碳纳米管上的储氢science5wt%20wt% 2010.2 回顾碳纳米管储氢回顾碳纳米管储氢carbon19982010，CNTS储氢量逐年下降储氢量逐年下降 物理吸附达到的储氢密度有限，物理吸附达到的储氢密度有限，1wt%碳纳米管储氢碳纳米管储氢3637纳米碳管储氢-美学者Dillon1997首开先河单壁纳米碳管束TEM照片多壁纳米碳管TEM照片38纳米碳管吸附储氢：Hydrogen storage capacities of CNTs and LaNi5 for comparison (data deternined by IMR，RT，10MPa

19、)39氢含量比较氢含量比较0123450123454.2wt%Carbon nanotube(RT,10MPa 氢压)3.6wt%1.8wt%1.4wt%Hydrogen storage capacity (wt%) LaNi5H6 TiFeH1.9 Mg2NiH4 Hydrogen storage capacity (wt%) per weight不同储氢材料的比较不同储氢材料的比较氢能社会构想氢能社会构想40燃料电池燃料电池(Fuel Cell) 燃料电池是一种化学电池，它燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电化学反应时释出的能量，直接将其

20、变换为电能能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要时需要连续地向其供给活物质（起反应的物连续地向其供给活物质（起反应的物质）质）-燃料和氧化剂燃料和氧化剂，这又和其他普通化学，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。料电池。41能量转化能量转化获得电力获得电力需要空需要空气资源气资源将化学能转化为电能的装置将化学能转化为电能的装置基于电化学原理

21、基于电化学原理利用空气提供氧燃料利用空气提供氧燃料能量转化能量转化获得电力获得电力利用空利用空气资源气资源What is a fuel cell?燃料电池是一种通过氢和氧非燃烧反燃料电池是一种通过氢和氧非燃烧反应将化学能转化为电能的电化学装置。应将化学能转化为电能的电化学装置。燃料电池燃料电池(Fuel Cell)42燃料电池与普通蓄（干）电池的区别：燃料电池与普通蓄（干）电池的区别：普通电池普通电池是将储存在一定容器是将储存在一定容器内的化学能转化成电能的装置。内的化学能转化成电能的装置。燃料电池燃料电池是一种将外部供给的是一种将外部供给的燃料和氧化剂中的化学能持续燃料和氧化剂中的化学能持续

22、不断的转化成电能的装置。不断的转化成电能的装置。燃料电池燃料电池(Fuel Cell)43氢燃料电池本质是水电解的氢燃料电池本质是水电解的“逆逆”装装置，主要由置，主要由3 部分组成，即部分组成，即阳极、阴阳极、阴极、电解质极、电解质。其。其阳极为氢电极，阴极阳极为氢电极，阴极为氧电极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解发生的电化学反应。两极之间是电解质。质。 44阳极：H2 = 2H+ + 2e阴极： 2H+ + 1/2O2 + 2e = H2O总反应： H2 + 1/2O2

23、= H2O E= 1.23 V 45以质子交换膜燃料电池（以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，其工作原理如下：）为例，其工作原理如下：(1) 氢气通过管道或导气板到达阳极；氢气通过管道或导气板到达阳极；(2) 在阳极催化剂的作用下，在阳极催化剂的作用下，1 个氢分子解离为个氢分子解离为 2 个氢质个氢质子，并释放出子，并释放出 2 个电子，个电子，阳极反应阳极反应为：为： (3) 在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的

24、电子发生反应生成水，外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应阴极反应为：为： eHH222OHeHO22222/1OHOH2222/1电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。 总的化学反应总的化学反应为：为：46 燃料电池并不是什么新的发明，自燃料电池并不是什么新的发明，自1839年年W.R.Grove制作了第一只燃料电池和制作了第一只燃料电池和1959年年F.T.Bacon制作了第制作了第一只实用型

25、燃料电池，对燃料电池的研究已有一百七一只实用型燃料电池，对燃料电池的研究已有一百七十多年的历史，但是直到十多年的历史，但是直到20世纪世纪90年代才实现真正技年代才实现真正技术上的突破。术上的突破。 “燃料电池燃料电池”这个名称是蒙德（这个名称是蒙德（Mond）和莱格（）和莱格（Langer）在）在1889年首次采用的。年首次采用的。 由于一种能将机械能转化为电能的装置由于一种能将机械能转化为电能的装置发电机的发电机的问世，使人们对燃料电池的兴趣推迟了大约问世，使人们对燃料电池的兴趣推迟了大约60年，当年，当时制约燃料电池研究的另一个原因是电化学热力学方时制约燃料电池研究的另一个原因是电化学热

26、力学方面有进展而电极反应动力学方面没有进展。面有进展而电极反应动力学方面没有进展。47 二十世纪六十年代，燃料电池为宇宙开发作出了贡献二十世纪六十年代，燃料电池为宇宙开发作出了贡献。用瓶装的纯氢和纯氧作燃料，用氢氧化钾作为电解。用瓶装的纯氢和纯氧作燃料，用氢氧化钾作为电解质构成的燃料电池，为双子星和阿波罗等宇宙飞船提质构成的燃料电池，为双子星和阿波罗等宇宙飞船提供了电源。然后，燃料电池研制开始盛行。供了电源。然后，燃料电池研制开始盛行。48 熔融碳酸盐燃料电池（熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 固体氧化物燃料电池（固体氧化物燃料电池（SOFC） 磷酸燃料电池（磷酸燃料电池（PAFC） 碱性燃料电

27、池（碱性燃料电池（AFCS） 质子交换膜燃料电池（质子交换膜燃料电池（PEMFC） 49u 熔融碳酸盐燃料电池（熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）使用）使用熔融态碳酸盐熔融态碳酸盐作为电解质作为电解质材料。材料。u 固体氧化物燃料电池（固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全固体燃料电池，其中）是一种全固体燃料电池，其中电解质是电解质是复合氧化物复合氧化物，最常见的是氧化钇或氧化钙参杂的氧化锆，最常见的是氧化钇或氧化钙参杂的氧化锆陶瓷。这种材料在陶瓷。这种材料在高温下具有离子导电性，高温下具有离子导电性，因为掺杂的复合氧化因为掺杂的复合氧化物形成了氧离子晶格空格，在电位差和浓度差的驱动下，氧离子物形

28、成了氧离子晶格空格，在电位差和浓度差的驱动下，氧离子可以在其中迁移。可以在其中迁移。u 磷酸燃料电池（磷酸燃料电池（PAFC）是当前商业化发展得最快的一种燃料）是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。这种电池使用电池。这种电池使用液体磷酸液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。为电解质，通常位于碳化硅基质中。u 碱性燃料电池（碱性燃料电池（AFCS）使用如）使用如氢氧化钾氢氧化钾在水中的碱性电解液。在水中的碱性电解液。u 质子交换膜燃料电池（质子交换膜燃料电池（PEMFC） 使用使用质子交换膜质子交换膜作为电解质作为电解质材料。材料。50低温燃料电池（低温燃料电池（60120） 中温燃料电池中温

29、燃料电池(160220) 高温燃料电池高温燃料电池(6001000) 类型类型 AFC碱性燃料电池碱性燃料电池 PEMFC质子交换燃料质子交换燃料电池电池PAFC磷酸燃料电池磷酸燃料电池 MCFC熔融碳酸燃料熔融碳酸燃料电池电池 SOFC固态氧燃料电固态氧燃料电池池 特性特性 无污染无污染,电效率电效率高制造费用非常高制造费用非常贵贵,不适合于工不适合于工业应用少维护业应用少维护污染排放在很污染排放在很低的水平低的水平,低噪低噪音音,固体电解质固体电解质适合于大规模适合于大规模生产生产,与常规技与常规技术相比很贵术相比很贵低污染低污染, 低噪低噪音音,是热电联产是热电联产电厂的三倍费电厂的三倍

30、费用用, 随着连随着连续运行电效率续运行电效率降低降低有效利用能源有效利用能源, 低噪音低噪音,没有外没有外部气体配置部气体配置, 腐腐蚀性电解液蚀性电解液燃料适应性广、燃料适应性广、能量转换效率能量转换效率高、全固态、高、全固态、模块化组装、模块化组装、零污染零污染电解体电解体氢氧化钾溶液氢氧化钾溶液 质子可渗透膜质子可渗透膜 磷酸磷酸 锂和碳酸钾锂和碳酸钾 固体氧化物固体氧化物 燃料燃料纯氢纯氢 氢，甲醇天然氢，甲醇天然气气 天然气，氢天然气，氢 天然气煤气天然气煤气沼气沼气 天然气煤气天然气煤气沼气沼气 氧化剂氧化剂纯氧纯氧大气中的氧气大气中的氧气 大气中的氧气大气中的氧气 大气中的氧气

31、大气中的氧气 大气中的氧气大气中的氧气 系统的电效率系统的电效率 60-90 43-58 37-42 50% 50-65% 51PEM Fuel Cells (PEMFC)质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池Proton Exchange Membrane（质子交换膜）（质子交换膜）l 被认为最有商业运用前景的燃料电池被认为最有商业运用前景的燃料电池l 重量轻，能源密度高重量轻，能源密度高l 无运动电极部件，低腐蚀无运动电极部件，低腐蚀l 低运行温度，低运行温度，60-80 度为主要运行温度度为主要运行温度l 快速启动，时频响应快快速启动，时频响应快l 应用于可携带电源、小型固定能源站、应用于

32、可携带电源、小型固定能源站、 交通运输交通运输l 输出功率范围由输出功率范围由 1 瓦瓦 至至300 千瓦千瓦52PEMFC 工作原理工作原理 目前，电催化剂均为目前，电催化剂均为“铂，铂，Pt”，贵，贵，nm级。级。 CO、S 是其是其克星克星，十万之几（，十万之几（10-5），就可使），就可使铂严重中毒铂严重中毒， 大大降低电池性能及寿命大大降低电池性能及寿命-eHH22OHeHO222221阳阳极极阴阴极极催催化化剂剂53MEA is the heart of fuel cell. MEA causes essential reactions to be happened between

33、 hydrogen and oxygen that produces electricity. 由由membrane electrode assembly (MEA膜电极组件，或三膜电极组件，或三合一组件合一组件) and two flow field plates（流（流场板）组成场板）组成PEMFC 结构结构54PEMFC 单电池及电堆单电池及电堆(Source: Singapore GasHub and FAC )55燃料电池的主要用途燃料电池的主要用途 原则上，凡是需要动力的地方，均可以采原则上，凡是需要动力的地方，均可以采用燃料电池。用燃料电池。交通运输动力：汽车，轮船，飞机交通运输

34、动力：汽车，轮船，飞机可携带能源：手提电脑，手机可携带能源：手提电脑，手机固定地面站点：发电站，家庭能源动力固定地面站点：发电站，家庭能源动力56575859氢燃料电池车的工作原理氢燃料电池车的工作原理 将氢气送到燃料电池的阳极板将氢气送到燃料电池的阳极板(负极负极)，经过催化剂，经过催化剂(铂铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子电子的氢离子(质子质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板阴极板(正极正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板氧原子和氢离子重新结