8燃料电池.ppt

1、2020年7月17日，华南农业大学工程学院，燃料电池，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，燃料电池汽车。1998年3月，美国财富杂志评论说：“燃料电池将消除世界上驱动汽车、卡车和公共汽车的噪音和污染的活塞式发动机，就像消除蒸汽机一样。”，2020年7月17日，华南农业大学工程学院。早在1839年，英国人格罗夫就提出了氢和氧可以反应发电的原理，这是最早的氢氧燃料电池。然而，直到20世纪60年代初，由于航空航天和国防的需要，才为太空飞行和潜艇研制出一种小型的液态氢和液氧燃料电池。近二三十年来，由于缺乏一次能源和突出的环境保护，需要开发和利用新型清洁可再生能源。燃料电池因其高能量转换效率和低

2、环境污染而受到全世界的关注。美国矿产能源部长助理迪克西格尔说：“燃料电池技术在21世纪上半叶的影响将类似于内燃机在20世纪上半叶所起的作用。”福特汽车公司(Ford Motor Company)PNGV经理鲍勃摩尔(Bob Moore)表示，燃料电池将为汽车动力带来一场革命，燃料电池是唯一一种无污染、高效、适用范围广、无噪音、可持续运行、积木式的动力装置。预计燃料电池将在国防和民用电力、汽车和通信等许多领域发挥重要作用。美国亚瑟利特尔公司最近估计，2000年，燃料电池将在能源系统市场提供1500.2万兆瓦的电力，价值超过30亿美元，汽车市场将超过20亿美元。2007年，燃料电池在交通领域的商业

3、价值将达到90亿美元。2020/7/17，华南农业大学工程学院。与20世纪90年代初以美国“新一代汽车计划”为代表的燃料电池汽车发展计划相比，近年来燃料电池汽车的发展越来越融入到企业行为中，世界上几乎所有的主要汽车制造商和燃料电池公司都参与了这场竞争。福特、丰田、通用汽车、克莱斯勒、马自达、德国、戴姆勒-奔驰、巴拉德动力系统、美国等。此外，菲亚特、雷诺、沃尔沃和Logo已经开发或正在开发使用意大利Dinora燃料电池的燃料电池汽车。大众、宝马、日产和三菱都有自己的燃料电池开发计划。2020年7月17日，华南农业大学工程学院，燃料电池汽车的三大优势，低排放：燃料电池通过电化学方法将氢和氧结合，直

4、接发电和发热，排放水而不污染环境。虽然使用甲醇和汽油作为燃料的燃料电池汽车也产生二氧化碳，但它们的排放量比内燃机的排放量少得多，而且没有其他污染排放(如氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物或微粒)。燃料多样化：燃料电池中使用的氢气可以从天然气、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤和可再生能源中获得。燃料来源的多样化有利于能源供应的安全和现有运输基础设施(如加油站等)的利用。)。高效率和高性能：由于燃料电池没有机械零件和中间环节，如活塞或涡轮，其效率大大提高，约为内燃机的23倍。燃料电池汽车在成本和整体性能(尤其是行驶时间和加油时间)方面也明显优于使用其他电池的电动汽车。从2020年7月17日，华南农业大学工程

5、学院，目前，大多数燃料电池汽车开发商更加关注甲醇。梅赛德斯-奔驰、丰田和马自达的轻型汽车都使用甲醇作为燃料。当使用甲醇时，需要安装转化装置，这将增加成本，但是具有许多优点。首先，甲醇液体燃料易于使用，可以利用现有的基础设施。例如，美国加利福尼亚州已经供应用于内燃机的M100(100甲醇)、M85和M75甲醇燃料。其次，甲醇比汽油和柴油含碳量少，更容易转化，效率更高，约为80%。此外，甲醇的使用减少了二氧化碳排放与甲醇相比，汽油的转化过程复杂且效率低，但在利用和生产现有基础设施方面具有一定优势，因此仍有公司在研究。例如，美国的阿瑟德利特在1997年开发了使用汽油的燃料电池。2020/7/17，华

6、南农业大学工程学院，燃料电池发展史。1839年，威廉格罗夫通过逆转水的电解过程发现了燃料电的原理。他可以从氢和氧中获得电能。由于氢在自然界中不能自由获得，人们在接下来的几年里一直试图用气体作为燃料，但都失败了。1866年，沃纳冯西门子发现了机电效应。这一发现开启了发电机的发展，使燃料电池技术黯然失色。直到20世纪60年代，太空飞行的发展才把燃料电池技术重新提上日程。对能够保护环境的能源供应的需求已经引起了人们对燃料电池技术的兴趣。2020年7月17日，华南农业大学工程学院，燃料电池原理，燃料电池是一个电化学系统。它直接将化学能转化为电能，废物排放量低。燃料电池由三个主要部分组成：燃料电极(正极

7、)、电解质、空气和氧电极(负极)。工作原理：电子在正极从氢中提取出来(氢被电化学氧化，或“燃烧”)。这些负电子流向导电的正电极，而剩余的正原子(氢离子)通过电解质被送到负电极。在负电极上，它与氧反应，从负电极上吸收电子。这个反应的产物是电、热和水。就功能而言，燃料电池就像发电机而不是电池，燃料电池原理，华南农业大学工程学院，2020/7/17，华南工程学院，2020/7/17，2020/7/17。1.质子交换膜燃料电池2。再生氢氧燃料电池3。固体氧化物燃料电池4。熔融碳酸盐燃料电池，点击进入，点击进入，点击进入，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，直接甲醇燃料电池测试系统，2020年7

8、月17日，华南农业大学工程学院，液气两相流测试设备，2020年7月17日，工程学院，粒子图像测速系统，2020年7月17日，氢燃料电池测试系统，2020年7月17日，华南农业大学工程学院质子交换膜燃料电池(PEMFC)，下页，苏必利，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，1。PEMFC使用极薄的塑料薄膜作为电解质。这种电解液的功率重量比高，工作温度低。它是固定和移动设备的理想材料。下一页，上级，上一页，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，1。质子交换膜燃料电池(PEMFC)、质子交换膜燃料电池采用磺酸质子交换膜作为固体电解质，无电解质腐蚀问题，能量转换效率高，无污染，可在室温下快

9、速启动。质子交换膜燃料电池在固定电站、电动汽车、军用特种电源和移动电源中有着广阔的应用前景，尤其是电动汽车的最佳驱动电源。EMAS已成功应用于载人客车和奔驰轿车，下页，上页，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，1。质子交换膜燃料电池(PEMFC)，工作原理：PEMFC铂/碳、铂-钌/碳电催化剂、电极和膜电极小批量制备和生产(3合1)开发和生产各种规格的电池组；进行了PEMFC电动汽车加载试验，研制了PEMFC动力电动汽车发动机。他掌握了PEMFC的一系列关键技术，申请了14项国家发明专利。各种规格的100瓦5KW电池组已经研制成功，电池的额定输出功率密度为0.35瓦/平方厘米。目前，千

10、瓦级PEMFC技术已经成熟，符合商业化发展条件，质子交换膜燃料电池氢源的开发取得了很大进展。下，上级，上，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，1。PEMFC电池组、2kW电池组、200W电池组、5kW电池组的物理图，2020/之前的高级版。华南农业大学工程学院，2。再生式氢氧燃料电池(AFC)，将水电解技术(电能2H2O2O2)与氢氧燃料电池技术(电能2H2O2O2)相结合。氢氧燃料电池的燃料H2和氧化剂O2可以通过水电解过程“再生”，起到储能的作用。可用作空间站电源。燃料电池工程中心研究了双效催化剂和双效氧电极的制备方法，开发了薄层电极，制备了膜电极三合一模块，降低了电极的铂负载。目

11、前，电极的铂负载量已降至0.02毫克/平方厘米。同时，发展了固体电解质水电解技术，掌握了水电解用膜电极的制备技术。100瓦可逆质子交换膜再生氢氧燃料电池的开发正在进行中。下页，上级，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，使用氢氧化钾溶液作为电解质。这种电解质具有高效率(高达60-90%)，但对影响纯度的杂质(如二氧化碳)很敏感。因此，操作中应使用纯氢和氧。这限制了它在太空飞行和国际工程中的应用。也称为碱性燃料电池(AFC)，2。再生氢氧燃料电池(AFC)，下，上，上，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，2。再生氢氧燃料电池(AFC)，下一个，上一个，上一个，2020年7月17日，

12、华南农业大学项目，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，2。再生氢氧燃料电池(AFC)，单电池实验过程，苏必利，前页，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，3。固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物为电解质，具有高效、环保的特点，在较高的工作温度下，可以充分利用电池排出的优质余热，使其综合效率从50%提高到70%以上；其燃料用途广泛，不仅可以利用H2，还可以直接利用一氧化碳、天然气(甲烷)、煤气化气体、碳氢化合物、NH3、H2S等。这种电池最适合分散和集中发电。下页，上级，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，3。固体氧化物燃料电池(SOFC)采用固体电解质(氧化二铝)，

13、性能良好。它们需要采用相应的材料和工艺处理技术，因为电池的工作温度约为1000。又称固体氧燃料电池(SOFC)，下一页，上一页，上一页，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，3。固体氧化物燃料电池(SOFC)，燃料电池工程中心准备电池材料，研究SOFC的新结构和组装技术，并对SOFC的应用进行基础研究。掌握了LSM阴极、镍-钇铝石榴石阳极和高温密封材料的制备工艺。开发了中温SOFC用大面积镍-钇稳定氧化锆多孔阳极基膜、钇稳定氧化锆负载致密膜和电极-膜三合一的制备工艺。负载YSZ的致密膜厚度小于10m。在800时，中温SOFC的功率密度达到0.15瓦/平方厘米。目前，千瓦电池组正在开发中。

14、下一个，上级，上一个，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，3。SOFC，下一个，上级，上一个，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，3。SOFC，50 mm * 50 Superior，上一页，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，4。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质膜、多孔金属阳极和金属极板组成的燃料电池。它的电解质是熔融碳酸盐。反应原理示意图如下：阴极：o2co 4e-2co 32-阳极：2h2co32-2co2h2o4e总反应：o2h2o，下页，上级，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，4。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)。熔融碳

15、酸盐燃料电池是一种高温电池(600700)，具有效率高(40%以上)、噪音低、无污染、燃料多样化(氢气、天然气、生物燃料等)等优点。)，余热利用价值高，电池建筑材料便宜，是下世纪的绿色电站。燃料电池工程中心开发和生产小批量隔膜材料和电池隔膜，准备MCFC电极和组装几千瓦的电池组。膜材料LiAlO2粉末可批量生产，并成功开发了制备1000cm2LiAlO2膜的工艺。已经组装了28cm2和110cm2的单电池，并且已经评估和研究了电池性能。现在，千瓦电池组正在开发中。下一页，上级，上一页，2020年7月17日，华南农业大学工程学院，4。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，工作温度高达650。这种电池效率