燃料电池的概念
电动汽车用氢燃料电池发展综述
２０１７．４Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．４收稿日期：２０１７－０１－１５作者简介：付甜甜（１９８９—），女，河北省人，学士，主要研究方向为电池情报。
６５１电动汽车用氢燃料电池发展综述付甜甜(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)摘要：氢燃料电池是一种将燃料（和氧化剂）的化学能连续地转化为电能的装置。
氢燃料电池以化学方式实现能量转换，不受热发动机卡诺循环的限制，具有较高的转换效率。
氢燃料电池在全球大范围环保发展下已成为最清洁环保的电动汽车用电池。
介绍了氢燃料电池的发展历程、工作原理、优缺点以及氢燃料电池电动汽车的应用实例，展望其发展前景。
关键词：氢燃料电池；电动汽车；转换效率中图分类号：ＴＭ９１１文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１７）０４－０６５１－０３Development of hydrogen fuel cell for electric vehicleFU Tian-tian(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin 300384,China)Abstract:Hydrogen fuel cell was a device that could convert the chemical energy of fuel and oxidant into electrical energy.The hydrogen fuel cell realized the energy conversion in a chemical way,which was not limited by the Kano cycle of the engine,and it had high conversion efficiency.Under the global environment,hydrogen fuel cell has become the most environmentally friendly battery for electric vehicles.The developing history,working principle,advantages and disadvantages of hydrogen fuel cell,the application and development prospect of hydrogen fuel cell for electric vehicle were introduced.Key words:hydrogen fuel cell;EV;conversion efficiency随着全球工业化进程不断加快，化石燃料消耗量日益增加，对环境造成的污染越来越严重，迫切需要寻找一种作为替代品的清洁燃料。
燃料电池的书写(课教案)
燃料电池的书写一、教学目标：1. 让学生了解燃料电池的基本概念和原理。
2. 使学生掌握燃料电池的书写方法和步骤。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、教学重点与难点：1. 教学重点：燃料电池的基本概念、原理和书写方法。
2. 教学难点：燃料电池的书写步骤和实验操作。
三、教学准备：1. 实验室用具：燃料电池实验装置、导线、电极等。
2. 教学课件：燃料电池的图片、原理图、书写步骤等。
四、教学过程：1. 引入新课：通过展示燃料电池的图片，引导学生思考燃料电池的原理和应用。
2. 讲解燃料电池的基本概念和原理：介绍燃料电池的定义、工作原理和特点。
3. 演示燃料电池实验：进行燃料电池实验，让学生观察实验现象，理解燃料电池的工作过程。
4. 讲解燃料电池的书写方法：介绍燃料电池的书写步骤、注意事项和书写规则。
5. 学生分组实践：学生分组进行燃料电池的书写实验，教师巡回指导。
6. 总结与评价：对学生的实验情况进行总结，评价学生的书写质量和操作能力。
五、教学反思：本节课通过讲解和实验，使学生掌握了燃料电池的基本概念、原理和书写方法。
在实验过程中，学生能够积极参与，动手操作，对燃料电池的书写有了更深刻的理解。
但在教学过程中，仍存在一些不足之处，如部分学生对燃料电池的原理理解不够深入，需要在今后的教学中加强讲解和辅导。
总体来说，本节课达到了预期的教学目标。
六、教学拓展：1. 介绍燃料电池在其他领域的应用，如新能源汽车、无人机等。
2. 探讨燃料电池的优缺点，并与传统电池进行比较。
七、课堂练习：1. 根据燃料电池的原理，设计一个简单的燃料电池实验。
2. 写出燃料电池的化学方程式。
八、作业布置：1. 复习燃料电池的基本概念和原理。
2. 练习燃料电池的书写方法。
九、课后反思：1. 总结课堂教学过程中的优点和不足。
2. 对学生的学习情况进行分析，提出改进措施。
十、教学评价：1. 对学生的课堂表现、作业质量和实验操作进行评价。
化学电源基本概念
比能量的应用：选择电池的重要依据
例：某一起使用电源体积限定：130mm×60mm×8mm 平均工作电压：13V 最大工作电流：250mA 工作时间：4h
电池能量=I×t×U=0.25A×4h×13V=13Wh 电池组体积=130mm×60mm×8mm=0.0624dm3 13Wh 体积比能量= =208Wh/dm3 0.0624 dm 3 查表：ZnHg 或ZnAg 电池
一、化学电源的概述
1 定义
电化学电池是一种直接把化学能转变为电能的装置。
2 优点
1、 能释放能源，又能储存能源； 2、 能量转换效率高，工作时没有噪音，无污染； 3、 工作范围广泛，对环境适应性强（耐冲击、震动、 在失重情况下能正常工作； 4、 工作重要参数（电压、电流、容量及电池的形状） 可在较大范围内变动； 5、 携带方便，特别适用于移动式通讯交通工具上。
四、电池的主要性能 1、电池的开路电压
指外电路电流无穷小（电路断开）时两极间的电势差。 与正负极材料本性、电解质和温度有关
与电池的几何结构、尺寸大小无关
电池的额定电压（公称电压）
指某电池开路电压的最低值。 ZnMn干电池额定电压为1.5V,开路电压不小于1.5V
2、电池的容量 电池的容量：是指在一定的放电条件下，即一定的温度和
充电也类似： 锂电池是1320毫安。
充电器输出DC：
USB：
350mA-±50mA
800mA
1320mAh 用充电器充电：充电时 间 3.8h 350mA 1320mAh 用USB充电：充电时间 1.65h 800mA 在实际中，充电时间比理论时间长，因为充电时有能量耗损，同 时电流有可能不稳定。
• 3 化学电源工作原理 电池要实现化学能转变为电能必须满足以下条件：
对燃料电池的热力学分析
对燃料电池的热力学分析硕动力092班1092221078 马少栋摘要：燃料电池是不经燃烧过程直接把燃料的化学能转化为电能的装置，具有能量转换效率高、污染物排放量少的独特优点。
通过对燃料电池中能量转换过程的热力学分析，我们可以知道在转换过程中有待改进的地方，从而设计出更实用的燃料电池。
关键词：燃料电池；热力学分析；可逆电池；吉布斯自由能Thermodynamic Analysis of Fuel CellAbstract:Fuel cell is a equipment that transform chemical energy into electrical energy directly without burning.This kind of cell are provided with some special advantage,higher energy conversion efficiency and less contamination discharge.By means of thermodynamic analysis of fuel cell energy conversion process,we can be aware of what need improvement in conversion process,thereby work outing more practical fuel cell.Key wrod:fuel cell;thermodynamic analysis;reversible cell;The Gibbs Free Energy1 热力学分析概述热力学是研究热现象中，物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时，系统与外界相互作用的学科。
工程热力学是关于热现象的宏观理论，研究的方法是宏观的，它以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为推理的基础，通过物质的压力、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究。
SOFC简介(固体燃料电池)
谷肄静 2014.9.16
主要内容
SOFC的发展背景及研究意义 SOFC概述 SOFC的组成及关键材料
1.1 发展背景
Energy
Economy
Environment
1.1 发展背景
时代 远古时期 18世纪60年 代
第一次
19世纪70年 代以后
第二次
日本
SOFC研究是“月光计划”的一部分。电子综 合技术研究所、富士电机综合研究所、三洋 电机、三菱重工及多家大型电力公司和煤气 公司都开展了SOFC的研制和试验工作。 KEPCO是日本最大的能源公司之一，该公 司于2001年开始与MMC合作开发600～800 ℃中温SOFC，2004年以来，在NEDO的资 助下，致力于开发用于固定电站的10kW级 板式中温SOFC以及10 kW级CHP系统，并 有述
SOFC工作原理及分类 SOFC发展历史 SOFC发展现状 SOFC发展规划
SOFC发展历史
1839年， William Grove 发现了燃料电池，可以利用装置 将氢气和氧气的化学能转化为电能。
SOFC发展历史
1889年，Nernst发明Nernst灯。
SOFC发展历史
出现了许多新兴 工业部门，重工 业为主，电气化 时代到来；进入 帝国主义阶段 持续破坏 计算机、空间技 术出现、第三产 业比重增加，主 要工业国家经济 的迅速发展 很差，开始治理
环境
良好
研究意义
——对策
如何实现人类生存环境的改善和经济的可 持续发展 ？
——减少煤和石油的使用，发展可替代能源和新 型发电技术。
SOFC发展历史
1970年，电化学气相沉积技术开发成功，Isenberg 将燃料电池技术向前推进了一大步。 1981年，H.Iwahara首先报道了质子型导体材料钙 钛矿型掺杂SrCeO3。 1983年，Argonne国家实验室研究并制定了共烧的 平板式电池堆。 1986年，西屋公司首次制造了324根单电池组成的 5kW的SOFC发电机。 1998年1月，在荷兰Westervoort附近开始运行了一 台1152个单电池组成的100kW的SOFC发电系统。 2000年，澳大利亚Ceramic Fuel Cells公司制备了 一个以天然气为燃料的25kW的平板式电池系统， 由3840块电解质制成的单电池（11cm*9cm）组成。
高中化学：燃料电池结构
结构介绍 燃料电池的主要构成组件为：电极（Electrode）、电解质隔膜（Electrolyte Membrane）与集电器（Current Collector）等。 1、电极
燃料电池的电极是燃料发生氧化反应与氧化剂发生还原反应的电化学反应场所，其性能的好坏关键在于触媒的性能、电极的材料与电极的制程等。
电极主要可分为两部分，其一为阳极（Anode），另一为阴极（Cathode），厚度一般为200－500mm；其结构与一般电池之平板电极不同之处，在于燃料电池的电极为多孔结构，所以设计成多孔结构的主要原因是燃料电池所使用的燃料及氧化剂大多为气体（例如氧气、氢气等），而气体在电解质中的溶解度并不高，为了提高燃料电池的实际工作电流密度与降低极化作用，故发展出多孔结构的的电极，以增加参与反应的电极表面积，而此也是燃料电池当初所以能从理论研究阶段步入实用化阶段的重要关键原因之一。
目前高温燃料电池之电极主要是以触媒材料制成，例如固态氧化物燃料电池（简称SOFC）的Y2O3－stabilized－ZrO2（简称YSZ）及熔融碳酸盐燃料电池（简称MCFC）的氧化镍电极等，而低温燃料电池则主要是由气体扩散层支撑一薄层触媒材料而构成，例如磷酸燃料电池（简称PAFC）与质子交换膜燃料电池（简称PEMFC）的白金电极等。 2、电解质隔膜 电解质隔膜的主要功能在分隔氧化剂与还原剂，并传导离子，故电解质隔膜越薄越好，但亦需顾及强度，就现阶段的技术而言，其一般厚度约在数十毫米至数百毫米；至于材质，目前主要朝两个发展方向，其一是先以石棉（Asbestos）膜、碳化硅SiC膜、铝酸锂（LiAlO3）膜等绝缘材料制成多孔隔膜，再浸入熔融锂－钾碳酸盐、氢氧化钾与磷酸等中，使其附着在隔膜孔内，另一则是采用全氟磺酸树脂（例如PEMFC）及YSZ（例如SOFC）。
3、集电器 集电器又称作双极板（Bipolar Plate），具有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等之功用，集电器的性能主要取决于其材料特性、流场设计及其加工技术。
质子导体固体氧化物燃料电池 -回复
质子导体固体氧化物燃料电池-回复问题，并对相关概念进行解释和阐述，以深入了解质子导体固体氧化物燃料电池。
质子导体固体氧化物燃料电池（Proton-conducting Solid Oxide Fuel Cell, PSOFC）是一种固体氧化物燃料电池的变体，它具有较高的工作温度和较高的能量转换效率。
本文将逐步回答有关PSOFC的问题，以帮助读者全面了解这一技术。
质子导体固体氧化物燃料电池的原理是什么？质子导体固体氧化物燃料电池将燃料和氧气电化学反应直接转化为电能，其原理类似于其他固体氧化物燃料电池。
在PSOFC中，一个质子导体膜用作电解质，将氢气（燃料）和氧气在其两侧通过电化学反应转化为水和电能。
质子导体膜主要是由钙钛矿结构的复合氧化物材料构成，例如BaCeO3和Y2O3。
质子导体是什么？质子导体是一种能够传导质子（H+离子）的材料。
与其他电解质不同，质子导体主要通过质子扩散来传导离子。
质子导体材料通常具有较高的离子迁移率和较高的氧化还原反应速率。
质子导体固体氧化物燃料电池相对于其他固体氧化物燃料电池的优势是什么？质子导体固体氧化物燃料电池相对于传统的氧离子导体固体氧化物燃料电池具有以下几个优势：1. 较低的工作温度：相比于传统的氧离子导体固体氧化物燃料电池（SOFC），PSOFC可以在较低的温度下运行，通常在500-700摄氏度之间。
这降低了材料与周围环境之间的热应力，并减少了系统的热损失。
2. 高离子传导性能：质子导体材料具有较高的离子迁移率，可以提供更高的电解质电导率。
这导致了更高的燃料电池效率和更低的极化损失。
3. 抗碳积燃料：相对于氧离子导体固体氧化物燃料电池，PSOFC对于含碳燃料的耐受性更好。
这意味着它可以直接使用含有少量碳（如甲烷）的燃料，而无需进行预处理或燃烧。
4. 独特的应用：由于其较低的工作温度和高离子传导性能，质子导体固体氧化物燃料电池可以在一些特殊的应用中发挥独特的优势，比如便携式电源、无人机等。
熔融碳酸盐燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池燃料电池简介一、发展过程燃料电池的原理始见于1839年Grove发表的氢和氧反应可发生电的论文,但长期未受到重视。
直到二十世纪六十年代适应宇航事业的需要才开始应用,并不惜工本开发出高性能的燃料电池。
1967年美国将它列人TARGET计划(天然气转换研究计划),着手开发以天然气为燃料的民用燃料电池发电,日本的大阪和东京煤气公司亦参与了这一计划。
七十年代这种污染少而发电效率高的技术受到了多方重视。
但除了磷酸盐型燃料电池开发较快外,熔融碳酸盐型燃料电池和固体电解质型燃料电池因难度很高,所需燃料氢的开发尚未很好解决,因而进展不快。
直到1981年列人日本月光计划中的大型节能技术项目后,除将磷酸盐型电池列人扩大试验和应用开发计划外,将碳酸盐型电池进行工业应用试验,固体电解质型电池则从基础研究开始,进行了长期系统的研究。
二、基本原理和特点l、基本原理是水电解后生成氢和氧的逆反应。
即氢和氧燃烧时所产生的吉布斯自由能直接变成电能。
由于不经过常规发电流程中的热能和机械能的转换环节,故发电效率较高,污染少。
2、它和一般蓄电池基本相似,由正极、电解质和负极等基本元件组成。
不同的是蓄电池用完后需通过充电来恢复功能,而它只要不断供人氢和氧就可不断发电。
开、停方便,适于做调峰负荷.3、扩大规模时只是将若干个基本元件组叠加和串接组合即可。
其效率不受规模大小的影响,故适于孤岛和生活区的独立电源。
4、由于反应温度高,可利用余热供热;用于生活民用时,还可简化送配电系统,减少转电损耗。
5、电池本体无可动部分,加上附属系统的整体可动件亦少,无噪音污染。
三、燃料电池的应用前景燃料电池用于军事、航天等尖端技术领域,经济上的考虑是第二位的,但作为地面商业化发电设备,目前的价格3000美元/kw远远高于国际上大型现代化电站建设价格(约1000美元/kw)。
不过,如果按目前的发展PAFC降到1500美元/kw,又考虑到传统发电设备所排放的N仪、05:的污染防治费用,也许燃料电池发电更为经济。
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燃料电池的概念
什么是燃料电池
燃料电池是一种利用氢气和氧气等反应物直接生成电能的装置，其工作原理类似于常规电池，但是燃料电池具有可持续使用的特点。
燃料电池通过将化学能转化为电能，成为一种清洁、高效、环保的能源转换技术。
燃料电池的工作原理
燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。
阳极和阴极之间的电解质负责离子传递，而阳极和阴极上的催化剂则促进氧气和氢气等反应物的电化学反应。
当氢气进入阳极时，其中的氢离子（H+）通过电解质传递到阴极，而电子则在外部电路中流动，形成电流。
在阴极处，氧气与氢离子和电子发生反应，生成水和热量。
整个过程中，电化学能转化为电能，实现了能量的转换。
燃料电池的类型
燃料电池可以分为多种类型，常见的有以下几种：
1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）
质子交换膜燃料电池是一种常用的燃料电池类型。
其特点是具有高效率、响应速度快以及体积轻巧等优点，适用于移动设备和汽车等领域。
2. 碱性燃料电池（AFC）
碱性燃料电池在碱性条件下工作，其电解质为氢氧化钾（KOH）溶液。
碱性燃料电池具有较高的能量密度和效率，但耐腐蚀性较差，适用于航空航天和海洋等领域。
3. 磷酸燃料电池（PAFC）
磷酸燃料电池采用磷酸作为电解质，具有较高的热效率和电效率。
它在稳定性和可靠性方面表现出色，适用于一些固定应用，如公共服务和工业领域。
4. 氧化铜燃料电池（SOFC）
氧化铜燃料电池利用固体氧离子传递氧气，在高温下工作。
它具有高效率和高耐久性等优点，适用于大型电网和工业领域。
燃料电池的应用
燃料电池在能源领域有着广泛的应用前景，以下是一些应用案例：
1. 交通运输
燃料电池在交通运输领域有着巨大的潜力。
燃料电池汽车可以使用氢气作为燃料，不产生尾气污染物，且续航里程长，充电速度快。
目前，一些汽车制造商已经推出了燃料电池汽车，并在一些城市实施了氢气加气站的建设。
2. 电力供应
燃料电池可以作为电力供应的替代来源。
特别是在一些偏远地区或灾后重建中，燃料电池可以提供可靠的电力供应。
此外，燃料电池还可以与可再生能源相结合，实现清洁能源的利用。
3. 移动设备
由于燃料电池具有高能量密度和快速响应的特点，因此适用于移动设备，如笔记本电脑、手机和无人机等。
燃料电池可以提供长时间的使用时间，并避免频繁充电的问题。
燃料电池的优缺点
燃料电池作为一种新型能源技术，具有以下优点和局限性：
优势
•高效率：燃料电池能够将化学能转化为电能的效率较高，远高于传统热能发电方式。
•无尾气排放：燃料电池只产生水和热量，不产生二氧化碳等有害气体，是一种无污染的能源转换方式。
•可持续性：燃料电池可以利用氢气等可再生能源作为燃料，具有可持续使用的特点。
•多领域应用：燃料电池适用于交通运输、电力供应和移动设备等多个领域，具有广阔的市场前景。
局限性
•储氢问题：燃料电池需要存储氢气作为燃料，而高压氢气的储存和运输成本较高，且存在安全隐患。
•催化剂成本：燃料电池中的催化剂通常采用贵金属，如铂等，成本较高。
•基础设施建设：燃料电池汽车需要建设氢气加气站等基础设施，而目前这方面的建设还比较滞后。
燃料电池的未来展望
燃料电池作为清洁能源转换技术的重要组成部分，在未来将扮演更加重要的角色。
随着可再生能源的发展和氢能经济的兴起，燃料电池有望在能源领域实现广泛应用。
为了推动燃料电池技术的发展，需要加大对催化剂的研究，降低成本，提高效率。
同时，需要加强基础设施的建设，提高氢能源的供给能力。
政府、企业和研究机构应加强合作，共同推动燃料电池的商业化进程。
总之，燃料电池作为一种高效、清洁、可持续的能源转换技术，具有巨大的应用潜力。
随着相关技术的不断突破和推广应用，相信燃料电池将在未来为我们提供更加清洁和可持续的能源解决方案。