燃料电池介绍
燃料电池讲解
一、燃料电池
二、
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一、燃料电池
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
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国际发展状况
在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正 以奋起直追的势头快步进入工业化规模 应用的阶段，将成为21世纪继火电、水 电、核电后的第四代发电方式。燃料电 池技术在国外的迅猛发展必须引起我们 的足够重视，现在它已是能源、电力行 业不得不正视的课题。
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经济性
航天环境模拟试验。1990年中国科学院长春应用
化学研究所承担了中科院PEMFC的研究任务，
1993年开始进行直接甲醇质子交换膜燃料电池
（DMFC）的研究。电力工业部哈尔滨电站成套设
备研究所于1991年研制出由7个单电池组成的
MC20F20/C12/2原理性电池
ห้องสมุดไป่ตู้
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但是，由于多年来在燃料电池研究方面投入资金 数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与 发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对 燃料电池十分重视，1996年和1998年两次在香山 科学会议上对中国燃料电池技术的发展进行了专 题讨论，强调了自主研究与开发燃料电池系统的 重要性和必要性。近几年中国加强了在PEMFC方 面的研究力度
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站而燃 ，燃料 能料电 够电池 持池车 续堆型 产可能 生看源 能做来 源是自
燃料电池概念
燃料电池概念引言：- 燃料电池（FuelCell）被认为是一种清洁、高效、可持续的能源技术，被广泛应用于交通运输、能源供应和环境保护领域。
本文将介绍燃料电池的概念、原理、类型、应用以及未来发展方向。
一、燃料电池的概念：- 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置，通过氧化剂与还原剂间电化学反应来产生电力。
其核心原理是利用氢气或其他可燃气体与氧气相结合，通过电化学反应产生电能，并以水和热能为副产品。
二、燃料电池的工作原理：- 燃料电池的工作原理基于两个半反应：氧化半反应和还原半反应。
氧化半反应发生在氧化剂（通常是氧气）的一侧，其中氧分子分解成氧离子。
还原半反应发生在还原剂（如氢气）的一侧，其中氢离子经过反应产生电子和水。
通过将两个半反应结合在一起，燃料电池能够将化学能转化为电能。
三、燃料电池的类型：- 燃料电池根据不同的电解质和工作温度，可以分为不同类型：质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等。
每种类型的燃料电池都有其特定的优点和适用场景，例如PEMFC适合用于交通工具和移动设备，而SOFC适合用于电力供应和大型工业设备。
四、燃料电池的应用：- 燃料电池被广泛应用于各个领域，包括交通运输、能源供应和环境保护等。
在交通运输领域，燃料电池驱动的电动汽车可以提供零排放、长续航里程和快速加注等优势。
在能源供应领域，燃料电池可以作为替代传统燃料的可再生能源，提供可靠的电力供应。
在环境保护领域，燃料电池可以减少有害气体排放，降低温室气体的影响。
五、燃料电池的未来发展：- 随着技术的进步和成本的降低，燃料电池有望在未来得到更广泛的应用。
研究人员正在努力改进燃料电池的效率、稳定性和可靠性，以满足不同领域和应用的需求。
同时，开发更便捷、经济的氢气储存和分配系统也是未来发展的研究重点。
结论：- 燃料电池作为一种清洁、高效、可持续的能源技术，拥有广泛的应用前景。
燃料电池讲解：PPT课件
这艘212型潜艇是世界上最现代化的常规潜艇。潜艇采用的 燃料电池推进系统可使潜 艇保持更长的潜航时间，更不容 易被敌人探测到。
德 国 海 军 新 一 代 燃 料 电 池 潜 艇 服 役
甲 醇 燃 料 電 池 ， 燃 料 電 池 的 层 狀 結 构
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相 同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正 极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的 活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃 料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换 元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的 能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给， 进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排 除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为 例来说明燃料电池 氢-氧燃料电池反应原理 这个反映是电觧水的逆过程。 电极应为： 负极：H2 +2OH-→2H2O +2e正极：1/2O2 +H2O+ 2e-→2OH电池反应：H2 +1/2O2==H2O
但是，由于多年来在燃料电池研究方面投入资金 数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与 发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对 燃料电池十分重视，1996年和1998年两次在香山 科学会议上对中国燃料电池技术的发展进行了专 题讨论，强调了自主研究与开发燃料电池系统的 重要性和必要性。近几年中国加强了在PEMFC方 面的研究力度
3，高效率的发电装置 4，分散型的发电装置 规模最大的可以替代火力发电或核能发电，用于 商业发电。不需要庞大的设备，不需要变送电系 统；与核能相比，发生事故的危险性较小。可以 建在大城市的近郊。规模稍小的可以建在住宅小 区、办公楼、厂区甚至城市的中心地带。可以减 少因长距离输送电力而产生的损耗。面向个人用 途的超小型燃料电池可以作为笔记本电脑和移动 便携电话的电源。
燃料电池的研究进展综述
燃料电池的研究进展综述⼀. 燃料电池简介1.定义燃料电池(Fuel Cells)是⼀种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，能量转化率⾼。
燃料和空⽓分别送进燃料电池，电就被奇妙地⽣产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像⼀个蓄电池，但实质上它不能“储电”⽽是⼀个“发电⼚”。
由于在能量转换过程中，⼏乎不产⽣污染环境的含氮和硫氧化物，燃料电池还被认为是⼀种环境友好的能量转换装置。
由于具有这些优异性，燃料电池技术被认为是21世纪新型环保⾼效的发电技术之⼀。
随着研究不断地突破，燃料电池已经在发电站、微型电源等⽅⾯开始应⽤。
2.基本结构燃料电池的基本结构主要是由四部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。
通常阳极为氢电极，阴极为氧电极。
阳极和阴极上都需要含有⼀定量的电催化剂，⽤来加速电极上发⽣的电化学反应，两电极之间是电解质。
图1.燃料电池基本结构⽰意图3.分类⽬前燃料电池的种类很多，其分类⽅法也有很多种。
按不同⽅法⼤致分类如下：(1)按运⾏机理来分类：可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池；(2)按电解质的种类来分类：有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质；图2.燃料电池分类详细介绍(3)按燃料的类型来分类：有直接式燃料电池和间接式燃料电池；(4)按燃料电池⼯作温度分：有低温型(低于200℃)；中温型(200-750℃)；⾼温型(⾼于750℃)。
4.原理燃料电池的⼯作原理相对简单，主要包括燃料氧化和氧⽓还原两个电极反应及离⼦传输过程。
早期的燃料电池结构相对简单，只需要传输离⼦的电解质和两个固态电极。
当以氢⽓为燃料，氧⽓为氧化剂时，燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为：阳极：H2 → 2Ｈ＋＋2ｅ-阴极：1/2 O2＋2Ｈ＋＋2ｅ-→Ｈ2O总反应：H2＋1/2Ｏ2 →H2O其中，Ｈ2通过扩散达到阳极，在催化剂作⽤下被氧化成和ｅ-，此后，Ｈ通过电解液到达阴极，⽽电⼦则通过外电路带动负載做功后也到达阴极，从⽽与O2发⽣还原反应（ORR）。
氢型、碳型、氮型和有机物型燃料电池
氢型、碳型、氮型和有机物型燃料电池
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的设备，其工作原理基于氧化还原反应。
不同类型的燃料电池使用不同的燃料和氧化剂，包括氢型燃料电池、碳型燃料电池、氮型燃料电池和有机物型燃料电池。
以下是这些不同类型的燃料电池的简要介绍：
1.氢型燃料电池（Hydrogen Fuel Cells）：
•使用氢气作为燃料，将氢气与氧气（来自空气）反应产生水和电能。
最常见的氢型燃料电池是质子交换膜燃料电池
（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）和碱性
燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）。
2.碳型燃料电池（Direct Carbon Fuel Cells，DCFC）：
•使用碳质材料（如煤、石墨等）直接作为燃料，而不是氢气。
这类燃料电池的反应通常涉及碳与氧气之间的氧化还
原反应。
3.氮型燃料电池（Nitrogen Fuel Cells）：
•使用氨气（NH3）或其他氮化合物作为燃料，与氧气反应生成氮气、水和电能。
氮型燃料电池包括氨燃料电池
（Ammonia Fuel Cells）等。
4.有机物型燃料电池：
•使用有机物质，如甲醇、乙醇等作为燃料，与氧气反应产生电能。
直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，
DMFC）是其中的一种。
每种燃料电池类型都有其优点和限制，涉及到不同的工作温度、催化剂、电解质等。
燃料电池技术在清洁能源领域和可再生能源领域具有广泛的应用前景，但仍然需要克服一些挑战，如成本、催化剂稳定性等。
燃料电池技术的现状与发展趋势
燃料电池技术的现状与发展趋势随着环境污染问题的日益严重，人们对清洁能源的需求越来越强烈。
燃料电池作为一种非常干净的能源转换技术，近年来备受关注。
本文将介绍燃料电池技术的现状，并探讨其未来的发展趋势。
第一章燃料电池技术的概述燃料电池是一种将化学能转化为电能的先进技术，与传统的燃动式发电机不同，燃料电池利用氢气或可燃气体和氧气的电化学反应来产生电能。
燃料电池具有高能量效率、零污染、声音低等优点，是未来能源转换技术的重要方向之一。
燃料电池通常分为以下几种类型：聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、碱性燃料电池（AFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）等。
其中，PEMFC是应用最广泛的类型，其应用领域主要为汽车、船舶、机器人等。
第二章燃料电池技术的现状2.1 燃料电池的优点燃料电池具有优异的环保性能，不存在传统燃烧过程中产生的二氧化碳、氮氧化物等有害气体。
燃料电池能够高效转化化学能为电能，其能效比普通燃烧发电高出40%-60%。
同时，燃料电池噪音低、体积小、结构简单，易于维护。
2.2 燃料电池的局限性燃料电池的成本较高，且维护困难。
另外，燃料电池的存储和输运涉及氢气，需要相应的储运设施建设。
在使用过程中，燃料电池还存在耐久性较低、抗污染性较差等问题。
2.3 燃料电池的应用现状目前，燃料电池应用最广泛的领域为汽车，多家汽车厂商已经推出了使用燃料电池的车型。
另外，燃料电池还被应用于船舶、飞机等交通工具，以及家用电器及备用电源等领域。
第三章燃料电池的发展趋势3.1 技术创新随着科技水平的提高，燃料电池技术也在不断更新迭代。
正在研发中的新型燃料电池拥有体积更小、效率更高、更加环保等优点，同时也解决了传统燃料电池中存在的问题，比如能源储存问题、抗污染性等方面的问题。
3.2 产业链完善随着燃料电池应用领域的不断拓展和技术创新，相关产业链已逐渐形成。
燃料电池的生产、储运、市场销售等环节也因此得到了进一步完善。
《燃料电池》课件
这是《燃料电池》PPT课件，通过本课件，你将了解燃料电池的定义、工作原 理、构成、应用以及未来发展和趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域 吧！
什么是燃料电池
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接 转化为电能的装置，通过电化 学反应实现电能的产生。
燃料电池的工作原理
燃料电池通过氧化还原反应将 燃料（如氢气）和氧气在电解 质中进行电化学反应，产生电 能。
燃料电池的优缺点
燃料电池具有高效能源转化、环 保、低噪音等优点，但成本和氢 气供应等问题仍需解决。
燃料电池的应用
1
燃料电池在交通运输领域的应用
燃料电池汽车逐渐成为替代传统燃油汽车的绿色交通选择，减少尾气排放。
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燃料电池在能源领域的应用
燃料电池可以作为一种清洁的能源来源，在无电网的地区提供电力供应。
3
燃料电池在军事领域的应用
燃料电池系统可以为军事设备提供可靠的能源支持，降低依赖传统燃油的风险。
燃料电池的未来发展与趋势
燃料电池技术的发展历程
燃料电池技术经过多年的研发和改 进，取得了巨大继续朝着高效、便携、 可再生能源和可持续发展的方向发 展。
燃料电池未来的应用前景
燃料电池有望在交通运输、能源供 应等领域发挥更大的作用，推动可 持续发展。
感谢阅读
通过本《燃料电池》PPT课件，希望您对燃料电池有了更深入的了解。谢谢！
燃料电池种类介绍
常见的燃料电池类型有聚合物 电解质燃料电池（PEMFC）、 固体氧化物燃料电池（SOFC） 等。
燃料电池的构成
燃料电池的主要组成 部分
燃料电池由氢气供应系统、氧气 供应系统、电解质、电极和电流 收集系统等组成。
磷酸型燃料电池
contents
目录
• 燃料电池概述 • 磷酸型燃料电池结构与组成 • 磷酸型燃料电池工作原理及性能参数 • 磷酸型燃料电池制备工艺及优化方法 • 磷酸型燃料电池应用领域与市场前景 • 实验设计与数据分析方法
01 燃料电池概述
燃料电池定义与原理
燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能 的发电装置。其基本原理是电化学反应，通过燃料在阳极的 氧化和氧化剂在阴极的还原，产生电子流动从而形成电流。
• 提高电池温度：适当提高电池的工作温度，有利于提高电解质的质子传导效率 和电极的催化活性，从而提高电池性能。然而，过高的温度可能导致电池材料 的热稳定性和机械性能下降，因此需要权衡温度对电池性能的影响。
• 优化电池管理系统：通过改进电池管理系统的控制策略、提高系统的能量转换 效率等方式，优化电池的运行状态，延长电池的使用寿命并提高性能。例如， 可以采用先进的控制算法对电池进行充放电管理，避免过度充放电对电池造成 损害。
不同于传统电池，燃料电池的燃料和氧化剂并非预先存储于 电池内部，而是由外部供给，因此理论上只要不断供给燃料 和氧化剂，燃料电池就能持续发电。
燃料电池分类及应用领域
根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、 磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、 固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池 （PEMFC）等。
工作原理介绍
1 2 3
电解质
采用磷酸作为电解质，利用其在高温下的离子导 电性。
电极反应
在阳极，燃料（如氢气）发生氧化反应，释放出 电子；在阴极，氧化剂（如氧气）接受电子发生 还原反应。
离子传导
磷酸中的氢离子在电极间传导，形成电流。
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½O2 + 2e- + 2H+ → H2O
E0 = 1.23 V vs NHE
The simplest fuel cell: H2/O2
Work (energy)
O2 H2
fuel cell heat
H2O
What is a fuel cell?
A Fuel Cell is an electrochemical device converting chemical energy to electricity “chemical combustion”.
Grove's drawing of one of his experimental "gas batteries" from an 1843 letter (NOTE: 4 or 5 cells needed to electrolyse water in 1 cell!)
The Gas and O2 are reacting to produce electricity rather than heat: Overall cell reaction: H2 + ½O2 → H2O E0 = 1.23 V
Anode
H2 → 2H+ + 2e- E0 = 0 V vs NHE Cathode
A Leclanche battery
The history of fuel cells (1)
The world speed record in 1899, of 104 km h-1, was held by an electric vehicle, the “Jamais Contente”. In 1900 in the USA, there were 1681 steam-driven vehicles, 1575 electric vehicles and only 936 driven by petrol engines. All electric vehicles were powered by lead-acid batteries. A fuel tank is lighter than a lead-acid battery and can be „recharged‟ more rapidly. A tank of fuel gives a much longer range than a fully charged battery- current target of 300 km still remains elusive (battery should not exceed ca. 1/3 of total weight of vehicle)- Nissan Leaf range ca. 160 km. The advent of the self-starter (powered by a lead-acid battery!) finally clinched the relegation of electric vehicles to milk floats and fork-lift trucks.
Fuel cells
Professor Paul Christensen
School of Chemical Engineering and Advanced Materials
Paul.christensen@ Tel. 5472, room 1.03 Bedson Building
The history of fuel cells (2)
In the late 19th and early 20th centuries, coal was king But all attempts to make coal fuel cells failed, and fuel cells fell out of favour until the 1960‟s, when they underwent a revival due to interest from an out of this world source!
10.
10. 11.
12.
1.
A brief history of fuel cells
Electrolysis
Cathode: 2 H+(aq) + 2e− → H2(g)
Anode: 2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4e−
Overall reaction: 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g); E0 = 1.23 V
Francis Thomas Bacon (1904-1992) started his FC research in Newcastle whilst working for Parsons Engineering (1925 – 1940). After the war he moved to Cambridge. First viable power unit in 1950‟s: a 5 kW fuel cell utilising pure hydrogen and oxygen. The electrolyte was circulating 30 wt% aqueous potassium hydroxide, operated at 200°C & 5 MPa to prevent boiling of the electrolyte.
The history of fuel cells (3)
Monday 13 April 1970, 9.07 pm 200,000 miles out in space O2 cryotank 2 explodes on Apollo 13
The history of fuel cells (4)
The history of fuel cells (6)
1960‟s: On the basis of the Bacon Fuel Cell System, AllisChalmers built the first large vehicle equipped with a fuel. It was a farm tractor powered by a 15 kW stack consisting of over 1000 cells. With this 15 kW of power, the tractor generated enough power to pull a weight of about 1.5 tons.
The Apollo fuel cell power plant.
31 cells, 100 mA cm-2, in total 1.12kW at 28V.
110 kg
The history of fuel cells (5)
Bought by NASA for the Gemini space programme
Sir William Grove (2)
e-
Grove realized that if electrolysis, using electricity, could split water into hydrogen and oxygen then the opposite would also be true. Combining hydrogen and oxygen, with the correct method, would produce electricity.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. A brief history of fuel cells The principles of fuel cells: thermodynamics and kinetics The fuel and oxidant The effect of temperature and pressure Connecting fuel cells together: the bipolar plate The 3-phase region The polarisation curve The efficiency of fuel cells Low temperature fuel cells 9.1. The alkaline fuel cell (AFC) 9.2. The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) Medium temperature fuel cells 10.1. The phosphoric acid fuel cell (PAFC) 10.2. The molten carbonate fuel cell (MCFC) High temperature fuel cells: the solid oxide fuel cell (SOFC) The Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)
7 slots Assessment: assignment 5% Exam: one long + one short question Blackboard
Not on Recap
Recommended reading “Fuel cell systems explained”, J. Larminie, Wiley 2003. “Handbook of fuel cells : fundamentals, technology and applications”, W. Vielstich; H. A. Gasteiger; A. Lamm, Wiley. Essential reading: Introductory documents posted on BB: Thermodynamics, Kinetics and Electrochemistry. Do the „self-tests‟.