项目六 燃料电池电动汽车 任务一 认知燃料电池

新能源汽车技术项目六燃料电池电动汽车任务一认知燃料电池任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类1．按工作温度分按燃料电池的工作温度不同，可将其分为低温、中温和高温三种类型。（1）低温燃料电池这类燃料电池的工作温度低于200℃，可采用水溶液或其浓缩液为电解质，但需要采用铂催化剂才能达到实用的高电压及高电流密度，所用的燃料是氢或经纯化及重整的富氢燃料气。（2）中温燃料电池中温燃料电池的工作温度为200～750℃。中温固态燃料电池兼有高温固态氧化物燃料电池和低温质子交换膜燃料电池的优点，同时摒弃了它们的某些缺点。工作温度在200～750℃的中温燃料电池可大幅提高贵金属催化剂的一氧化碳耐受能力，并且使金属和合成树脂等材料用作电池（堆）的连接和密封材料成为可能，从而降低了燃料电池的成本，并延长了燃料电池的使用寿命。（3）高温燃料电池高温燃料电池的工作温度高于750℃。燃料电池必须采用熔融盐或固体氧化物电解质，可以在不采用特殊催化剂的情况下获得实用的高电压及高电流密度。其燃料除氢外，还可采用煤制气、天然气、甲烷、沼气等。任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类2．按燃料的来源分按燃料电池的燃料来源不同，可将其分为直接式、间接式和再生式三种。（1）直接式燃料电池直接式燃料电池的燃料是液态或气态纯氢，不需要复杂的汽化产生氢气的过程，但需要铂、金、银等贵重金属作催化剂。直接甲醇燃料电池也无须预先重整，可直接将甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，但需要比纯氢燃料消耗更多的铂催化剂。（2）间接式燃料电池间接式燃料电池可将天然气、甲烷、汽油、LPG、二甲醚等作为燃料，经过重整和纯化后转变为氢或富氢燃料气再供给燃料电池。（3）再生式燃料电池再生式燃料电池可将燃料电池生成的水经适当的方法分解成氢及氧，再重新输送给燃料电池进行发电。任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类2．按燃料的来源分按燃料电池的燃料来源不同，可将其分为直接式、间接式和再生式三种。（1）直接式燃料电池直接式燃料电池的燃料是液态或气态纯氢，不需要复杂的汽化产生氢气的过程，但需要铂、金、银等贵重金属作催化剂。直接甲醇燃料电池也无须预先重整，可直接将甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，但需要比纯氢燃料消耗更多的铂催化剂。（2）间接式燃料电池间接式燃料电池可将天然气、甲烷、汽油、LPG、二甲醚等作为燃料，经过重整和纯化后转变为氢或富氢燃料气再供给燃料电池。（3）再生式燃料电池再生式燃料电池可将燃料电池生成的水经适当的方法分解成氢及氧，再重新输送给燃料电池进行发电。3．按燃料电池采用的电解质分按燃料电池所采用的电解质不同，可将燃料电池分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池等。任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类3．按燃料电池采用的电解质分按燃料电池所采用的电解质不同，可将燃料电池分为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池等。（1）碱性燃料电池碱性燃料电池（AlkalineFuelCell，简称AFC）以石棉网作为电解质的载体，以氢氧化钾（KOH）水溶液为电解质，工作温度为70～200℃。高温（约200℃）时采用含量较高的氢化钾（质量分数为85%）作电解质，在较低温度（＜120%）时用含量较低的氢化钾（质量分数为35%～50%）作电解质。AFC必须以纯氢作为阳极燃料气体，以纯氧作为阴极氧化剂，以铂、金、银等贵重金属，或者镍、钴、锰等过渡金属为催化剂。AFC电解质的腐蚀性较强，因而其寿命较短。与其他燃料电池相比，AFC的优点是起动快，功率密度较高，性能较为可靠，是目前技术最成熟的燃料电池之一。AFC的应用涉及航天、军事、电动汽车、发电等领域。任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类（2）磷酸燃料电池磷酸燃料电池（PhosphorieAcidFuelCell，简称PAFC）以磷酸水溶液为电解质，工作温度范围为150～200℃，电极上也需加铂催化剂来加速反应。在低温时，PAFC离子电导度较差，而且阳极铂容易受到CO毒化，目前的发电效率仅能达到40%～45%，燃料必须进行外重整改质，而且气体燃料中CO的体积分数必须小于0.5%。由于酸性电解质的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000h。PAFC技术已趋成熟，产品也进入商业化。PAFC的缺点之一是起动时间长，因此，不适用于轿车动力，但用作公共汽车的动力则已有成功的实例。PAFC较适合于用作特殊用户的分散式电源、现场可移动电源以及备用电源等。任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类（3）质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，简称PEMFC）的电解质为质子交换膜，工作温度约为80℃。在这样的低温下，需要通过电极上一层薄的铂进行催化，以确保电化学反应能正常缓慢地进行。PEMFC内唯一的液体为水，因此腐蚀程度较低，使用寿命较长。PEMFC即使在低温状态下也具有起动时间短的特性，可以在几分钟内达到满载运行，电流密度和功率密度较高，发电效率为45%～50%，且运行可靠，因而是电动汽车动力电源的首选。此外，PEMFC也可用作移动电源、军用野外小型电力装置、便携式电器不间断电源等，但不适合用于大容量集中型电厂。任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类（4）熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell，简称MCFC）的电解质为分布在多孔陶瓷材料中的碱性碳酸盐，工作温度为600～800℃。碱性碳酸盐电解质在高温下呈现熔融状态，其离子传导度极佳，在高温下电极反应不需要贵重金属催化剂（如铂），可采用镍与氧化镍分别作为阳极与阴极的触媒，且具有内重整改质能力，可以直接将天然气和石油的碳氢化合物等作为燃料，发电效率较高。如果余热可以回收或与燃气轮机结合组成联合发电系统，则可使发电容量和发电效率进一步提高。由于在高温下工作，需要较长的时间才能达到工作温度，因此。MCFC不能用于电动汽车。由于其电解质的温度和腐蚀特性，MCFC也不适用作移动电源和便携式电器的不间断电源。任务一认知燃料电池一、燃料电池的分类（5）固态氧化物燃料电池固态氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell，简称SOFC）的电解质是固态非多孔金属氧化物，工作温度为650～1000℃。SOFC电极也无须铂等贵重金属作催化剂，且无电解质蒸发和电池材料腐蚀的问题，电池的寿命较长。目前，SOFC可以连续工作达70000h。SOFC也可以将天然气和石油等碳氢化合物作为燃料。燃料在其内部可以进行重整改质。由于SOFC工作温度很高，金属与陶瓷材料之间不易密封，起动时间较长，所以其不适合做紧急电源，但较适合替代石油和煤等火电厂发电，既可用作中小容量的分散型电源（500kW～50MW），也可以用于大容