新能源汽车概论-QhxnyV030303 质子交换膜燃料电池

目录CONTENTS新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成第二部分质子交换膜燃料电池的工作原理第三部分质子交换膜燃料电池优点01质子交换膜燃料电池的组成新能源汽车概论新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成如图所示质子交换膜燃料电池由质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板（又称双极板）组成图3-3-7质子交换膜燃料电池的结构质子交换膜的主要作用如下：①用作阳极、阴极之间的隔膜②作为电解质使用③只允许氢正离子穿过，其他离子、气体及液体均不能通过新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成氢正离子交换膜有酚醛树脂磺酸型膜、聚苯乙烯磺酸型膜、聚三氟乙烯磺酸型膜、部分氟化质子交换膜、全氟磺酸质子交换膜和非氟化质子交换膜等。全氟磺酸质子交换膜兼有电解质电极活性物质的基底和能够选择透过氢正离子离子的功能，它只允许氢正离子离子透过，但不允许其他离子和氢气分子透过，而普通多孔性的电解质膜不具备这些功能。（1）氢正离子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心。新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成气体扩散电极上都含有一定量的催化剂，是为了加快电化学反应速度。质子交换膜燃料电池的电催化剂主要有铂系和非铂系两类。（2）催化剂层新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成质子交换膜燃料电池的电极是一种多孔气体扩散电极，一般由扩散层和催化层构成。扩散层是导电材料制成的多孔合成物，起着支撑催化层，收集电子，并为电化学反应提供电子通道、气体通道和排水通道的作用。（3）电极新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成正、负电极通常称为膜电极，膜电极中包括正极、负极、质子交换膜和催化剂。正、负极是以多孔碳或石墨为载体，在电极内浸入氟磺酸并与质子交换膜压合，在负极和正极之间为催化剂和电解质层，它们共同组成单体电池。膜电极是通过热压将阴极、阳极与质子交换膜复合在一起形成的。为了使电化学反应顺利进行，多孔气体扩散电极必须具备质子、电子、反应气体和水的连续通道。（4）膜电极新能源汽车概论第一部分质子交换膜燃料电池的组成集流板(如图所示)又称双极板，是电池的重要部件之一，其作用是分隔反应气体，收集电流，将各个单电池串联起来和通过流场为反应气体进入电极及水的排出提供通道。（5）集流板图3-3-8集流板实物02质子交换膜燃料电池的工作原理新能源汽车概论新能源汽车概论第二部分质子交换膜燃料电池的工作原理（1）阳极导入的氢气通过阳极集流板经由阳极气体扩散层到达阳极催化剂层，在阳极催化剂的作用下，氢分子分解为(氢离子)和(电子)。阳极反应方程如下：1）氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子。图3-3-9质子交换膜燃料电池工作原理新能源汽车概论第二部分质子交换膜燃料电池的工作原理（2）外部电路氢离子穿过膜到达阴极催化剂层，而电子则由集流板收集，通过外电路到达阴极，电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能。图3-3-9质子交换膜燃料电池工作原理新能源汽车概论第二部分质子交换膜燃料电池的工作原理（3）阴极在电池阴极一侧，氧气通过阴极集流板(双极板)经由阴极气体扩散层到达阴极催化剂层。在阴极催化剂的作用下，氧与透过膜的氢离子及来自外电路的(电子)发生反应生成水，完成阴极反应；电极反应生成的水大部分由尾气排出，一小部分在压力差的作用下通过膜向阳极扩散。图3-3-9质子交换膜燃料电池工作原理新能源汽车概论第二部分质子交换膜燃料电池的工作原理（3）阴极阴极反应方程如下：阴极反应：O2+4e－+4H＋→2H2O总反应：2H2+O2→2H2O图3-3-9质子交换膜燃料电池工作原理03质子交换膜燃料电池优点新能源汽车概论新能源汽车概论第三部分质子交换膜燃料电池优点能量转化效率高。通过氢氧化合作用，直接将化学能转化为电能，不通过热机过程，不受卡诺循环的限制。可实现零排放。其唯一的排放物是纯净水（及水蒸气），没有污染物排放，是环保型能源。运行噪声低，可靠性高。质子交换膜燃料电池组无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。新能源汽车概论第三部分质子交换膜燃料电池优点质子交换膜燃料电池内部构造简单，电池模块呈现自然的“积木化”结构，使得电池组的组装和维护都非常方便；也很容易实现“免维护”设计。（4）维护方便。发电效率受负荷变化影响很小，非常适合于用作分散型发电装置，也适于用作电网的“调峰”发电机组。（5）新能源汽车概论第三部分质子交换膜燃料电池优点（6）氢是世界上最多的元素，氢气来源极其广泛，是一种可再生的能源资源，取之不尽，用之不绝。可通过石油、天然气、甲醇、甲烷等进行重整制氢；也可通过电解水制氢、光解水制氢、生物制氢等方法获取氢气