实用电池(1).ppt

1、1,实用电池,燃料电池,肖 飞,2,燃料电池,燃料电池的分类 燃料电池的工作原理 燃料电池的特点 燃料电池的应用,3,燃料电池是一种化学能源，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。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，它工作时需要连续地向其供给反应物质燃料和氧化剂，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应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电。,4,燃料电池的分类,按工作原理种类分： 1.酸性燃料电池 2.碱性燃料电池 按电解质的种类不同分： 1.质子交换膜燃料电池（PEMFC） 2.磷酸燃料电池（PAFC） 3.熔融碳酸盐燃料

2、电池（MCFC） 4.固体氧化物燃料电池（SOFC）,5,按燃料的不同分： 1.氢氧燃料电池 2.甲烷燃料电池 3.甲醇燃料电池 4.乙醇燃料电池 5.微生物燃料电池,6,氢氧燃料电池,工作原理 ：该电池工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气中的氧气）。燃料氢在负极上被分解成正离子H+和电子e-。其中氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。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。这正是水的电解反应的逆过程。,7,氢氧燃料电池的电极反应式 氢氧燃料电池（中性介质）： 正极：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 负极：2

3、H2 - 4e- 4H+ 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O 氢氧燃料电池（酸性介质）： 正极：O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 负极：2H2 - 4e- 4H+ 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O 氢氧燃料电池（碱性介质）： 正极：O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 负极：2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O,氢氧燃料电池的原理图,8,甲烷燃料电池,甲烷燃料电池是化学电池中的氧化还原电池。燃料电池是燃料和氧化剂(一般是氧气)在电极附近参与原电池反应的化学电源。甲烷（CH4）燃料电池就是用沼气（主要成分为CH4）作为燃料的

4、电池，与氧化剂O2反应生成CO2和H2O.反应中得失电子就可产生电流从而发电。美国科学家设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。燃料电池使用气体燃料和氧气直接反应产生电能,其效率高、污染低,是一种很有前途的能源利用方式。但传统燃料电池使用氢为燃料,而氢既不易制取又难以储存,导致燃料电池成本居高不下。,9,甲烷电池的电极反应式,甲烷燃料电池（碱性介质）：,负极：CH4+10OH - - 8e-=CO32- +7H2O 正极：2O2+8e-+4H2O=8OH- 离子方程式:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O 总反应方程式：CH4+2O2+2KO

5、H=K2CO3+3H2O,甲烷燃料电池（酸性介质）：,负极：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 正极：2O2+8e-+8H+=4H2O 总反应方程式为：2O2+CH4=2H2O+CO2,10,甲醇燃料电池,直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极，并做功 。较其它电池能量转化率高。,11,甲醇燃料电池 电极反应,甲醇燃料电池（酸性介质） 负极：2CH4O - 12e + 2H2O 12H+ + 2CO2 正极：3O2 + 1

6、2e + 12H+ 6H2O 总反应式：2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O 甲醇燃料电池（碱性介质）： 负极：2CH4O - 12e + 16OH 2CO32- + 12H2O 正极：3O2 + 12e + 6H20 12OH 总反应式： 2CH4O+3O2+4OH=2CO3(2-) +6H2O,12,质子交换膜燃料电池,质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有

7、加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。,13,两电极的反应： 阳极(负极)：2H2-4e=4H+ 阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O 由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.51V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。,14,微生物燃料电

8、池,微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。,15,燃料电池的特点： （l） 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。 （2） 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。 （3） 环保问题少。 （4） 负荷应答速度快，运行质量 燃料电池的优势 ： (1)无污染。燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等),整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。 (2)无噪声。燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。