氢的储存与燃料电池的应用原理

1、8.3 氢的储存8.3.1 对储氢系统的要求1.安全性2.单位质量储氢密度：好的储氢系统，最重要的是要有较高的储氢密度3.储氢设备使用的方便性8.3.2 氢气的储存气态高压储氢是最普遍和最直接储氢方式，一般将氢气压缩到1540MPa高压，装入钢瓶中储存和运输。通过调节减压阀就可以直接释放出氢气。高压储氢的优缺点优点：1.动态响应最好 2.能在瞬间提供最够的氢气保证氢燃料供应，也能在瞬间关闭阀门，停止供气 3.高压氢气在零下几十度的低温环境下也能正常工作缺点：1.储氢密度较低 2.用户会担心高压带来安全隐患 8.3.3 液氢储存 液氢在大的储罐中储存时存在热分层问题。即储罐底部液体承受来自上部的

2、压力因而沸点略高于上部，上部由于少量挥发而始终保持极低温度。静置后，液体形成下“热”上“冷”的两层，显然这是一个不稳定状态，稍有扰动就会翻动。如果略热而蒸汽压较高的底层翻到上部，就会发生液氢爆沸，产生氢气，体积膨胀，使储罐爆破。因此，大的储罐都备有缓慢的搅拌装置以阻止热分层液氢储罐的结构很复杂，最理想的储罐形状是球形 以液氢方式储运的最大优点是质量储氢密度高，按目前的技术条件可以做到5%以上，存在的问题是液氢蒸发损失与成本问题 目前，液氢燃料在航空航天领域中取得了广泛的应用8.3.4 固体金属氧化物储存 某些金属（Li,Mg,Ti）具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够

3、大量“吸收”氢气，发生化学反应生成金属氢化物，氢就以固体形式存储起来。需要用氢时，可将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来 优点：储存容量大，储运安全方便等8.3.5 研究中的储氢新方法有机物储氢地下压缩储氢碳质储氢材料、纳米炭储氢材料8.4 燃料电池概述定义：燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，被称为继水电、火电、核电之后的第四代发电装置。8.4.1 燃料电池的发展历史1989年，英国人蒙德和朗格用空气和工业煤气制造了一个装置，得到 的电流密度，并首先给出燃料电池这一名称1894年，奥斯特瓦尔德利用热力学理论，证明了燃料电池的低温电化学

4、氧化优于高温燃烧过程，电化学电池的能量转换效率很高，不受卡诺循环效率的限制1920年以后，气体扩散电极开始被用于燃料电池1933年，鲍尔设计了一种以氢为燃料的碱性电解质燃料电池1939年，英国人培根第一次用氢氧化钾水溶液制造出了燃料电池2cm/2 . 0A20世纪中叶以后，燃料电池的研究得到了迅速发展燃料电池技术的实际应用开始于20世纪60年代的航天领域1967年美国首先开发出了磷酸型燃料电池20世纪末，质子交换膜燃料电池获得了广泛的研究和开发目前，已有200多台燃料电池电站在世界各地运行，有很多国家研制成功了燃料电池电动车，有的进入了商业化生产8.4.2 燃料电池的基本原理阳极：eCOOHC

5、OH222232阴极:2322242COeCOO总反应式：OHHO22222 外电路包括集电器（双极版）和负载。双极板具有收集电流、疏导反应气体的作用。 燃料电池中的电解质有5个主要类型：碱性型（A型）、磷酸型（PA型）、固体氧化物型（SO型）、熔融碳酸盐型（MC型）和质子交换膜型（PEM型） 由一个阳极（燃料极）、一个阴极（空气极）和相关的电解质、燃料、空气通路组成的最小电池单元称为单体电池；一个单体电池，从理论上讲，在标准状况下可以得到1.23V电压。但其实际工作电压通常仅为0.60.8V。为满足用户的需要，需将多节单体电池组合起来，构成一个电池组，也称电堆。实用的燃料电池均由电堆组成。8.4.3 燃料电池系统的构成 燃料电池系统除燃料电池本体外，还有一些外围装置，包括：燃料重整供应系统、氧气供应系统、水管理 系统、热管理系 统、直流-交流逆 变系统、控制系统、 安全系统等。 见图8.98.4.4 燃料电池发电的特点 能量转换效率高污染物排放少燃料电池系统中，能量转换的主要装置没有运动部件，因此