燃料电池第四章概要
燃料电池资料PPT学习教案
Q H We
（1）
H 为反应物与生成物在经过燃料电池时的总焓差； We 为燃料电池提供的电功； Q 为燃料电池反应热。
第8页/共37页
二 燃料电池的电动势基本方程式
假设闭合电路中电流很小，反应热与有用功相 比很小，且燃料电池的工作过程又没有其他的不可 逆因素，则可近似认为其是可逆过程。
时间内，燃料电池单位工作表面积上完成的最
第10页/共37页
三 燃料电池的热量
取燃料电池及与之发生质、能交换的外界（通
常为环境介质）为系统，则系统的总熵变为:
S (S2 S1) (S2 S1)
（8
式中，(S2 S1) 为外界的熵变量；
）
(S2 S1) 为燃料电池的熵变量 设外界环境向电池的。传热量为 Q，则环境介质的熵
变量为： (S2 S1) Q T
第30页/共37页
四 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
MCFC是一种高温燃料电池，使用熔融碳酸盐混 合物为电解质（碳酸锂&碳酸钠或碳酸锂&碳酸钾 ）。
20世纪50年代初，MCFC由于其可作为大规模民 用发电装置而引起了全世界的重视。
20世纪80年代，被作为第二代燃料电池成为近 期实现兆瓦级商品化燃料电池电站的主要研究目标 。
第19页/共37页
第三节 各类燃料电池简介
第20页/共37页
一 碱性燃料电池
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell）是最早研究成 功并得以应用的燃料电池 。
20世纪60年代初，碱性燃 料电池应用于阿波罗号航天 飞机，随后被用于驱动各种 设备。
AFC燃料电池摩托车
第21页/共37页
以电解质为氢氧化钾、燃料为氢、氧化剂为氧的 燃料电池为例：
PEMFC燃料电池课件
PEMFC燃料电池课件第一部分：介绍（200字左右）PEMFC（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）燃料电池是一种基于固体聚合物电解质的电化学装置，可将氢气和氧气转化为电能和热能。
本课件将详细介绍PEMFC燃料电池的工作原理、结构组成、优缺点以及应用领域。
第二部分：工作原理（400字左右）PEMFC燃料电池的工作原理是利用电解质膜通透氢离子（质子）而不通透气体的特性，将供应给电极的氢气经催化剂（通常为白金）催化氧化成氢离子，并通过电解质膜传导到氧气电极，与通过氧气还原形成的气体结合产生水蒸气。
同时，通过电极和电解质膜之间的电流产生电能。
这一过程可以持续进行，直到氢气或氧气用尽。
第三部分：结构组成（400字左右）PEMFC燃料电池的主要部件包括：氢气电极、氧气电极、电解质膜和集流板。
氢气电极和氧气电极都覆盖着催化剂，催化剂通常是由铂组成的纳米颗粒。
电解质膜位于氢气电极和氧气电极之间，起到隔离氢气和氧气的作用。
而集流板则承担着电流分布的任务。
第四部分：优缺点（300字左右）PEMFC燃料电池的优点包括：高效能、无污染、低噪音、快速启动以及灵活性强。
它可以高效地将化学能转换为电能，且排放物只有水蒸气。
同时，PEMFC燃料电池的启动速度非常快，使其非常适合用于轻型车辆和便携设备。
然而，PEMFC燃料电池也存在一些缺点，如催化剂成本高、氢气储存和运输问题。
第五部分：应用领域（200字左右）PEMFC燃料电池被广泛应用于交通运输、电力供应和便携设备等领域。
在交通运输方面，PEMFC燃料电池被视为是替代传统燃料的一种有前景的技术，可用于驱动汽车、公交车和无人机等。
在电力供应方面，PEMFC燃料电池可以用于分布式能源系统和备用电源系统。
在便携设备方面，PEMFC燃料电池可以提供持久的电源，广泛应用于移动通信、户外活动和灾难救援等场景。
结语（100字左右）。
化学人教版(2019)选择性必修1 4.1.3化学电源--燃料电池(共22张ppt)
总反应式：__C_H_4_+__2_O__2_+_2_O__H__- _=_C__O_3_2_- +_。3H2O
【牛刀小试】
1. 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式：_C__H_4_＋__2__O_2__=_C__O__2_＋__2_H__2_O_______；
负极： H2－2e－ ＋CO32- = H2O＋CO2
正极： O2＋4e－ ＋2CO2 = 2CO32-
三、燃料电池电极反应式的书写
燃料电池的正、负极均为惰性电池，起传导电子的作用，电极材料 一般不参与反应。 1.正极反应式的书写：
正极发生还原反应，通入气体一般为O2。 O2→O2-，根据电解质溶液不同，分为以下几种情况： ①酸性溶液： 生成的O2-与H+结合生成水，
其电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O ②碱性及中性溶液：O2-与H2O结合，生成OH-，
其电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-
③熔融碳酸盐中：O2-与CO32-不能结合，只能和CO2结合生成CO32-， 其电极反应式为：O2+2CO2+4e-=2CO32-
④允许O2-通过的高温固体：O2+4e-=2O2-
负极反应式 = 总反应 - 正极反应式
【牛刀小试】
甲烷燃料电池成本远低于以氢气为燃料的燃料电池。
1. 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书 写方法。
(1)在酸性介质中 负极：C_H__4_+__2_H_2_O__-_8_e_－__=_C__O_2_+ 8H＋ ；正极：2O_2_+__8_H_＋__+__8_e_－_=__4_H__2O_；
燃料电池结构与工作原理
燃料电池结构与工作原理嘿，今天咱们来聊聊燃料电池的结构和工作原理，这可就像是一个神奇的能量小宇宙呢。
我有一次去参加一个科技展，在那儿看到了燃料电池的展示模型，那可真是让我大开眼界。
就像打开了一个充满神秘的宝盒一样。
咱先说说燃料电池的结构。
它就像一个精心设计的小城堡，有好多重要的部分呢。
首先是电极，电极就像城堡的大门，有阳极和阴极。
阳极就像是迎接客人的前门，它负责接收燃料，比如氢气。
那些氢气分子就像一群小客人，排着队来到阳极这个大门前。
阴极呢，就像是城堡的后门啦，氧气从这儿进来。
这两个电极可都不简单，它们是用特殊的材料做的，就像城堡的大门得用坚固又合适的材料一样，这样才能保证反应顺利进行。
在电极之间呢，有电解质。
这电解质就像城堡里的走廊，不过这个走廊很神奇哦。
它是一种能让离子通过，但不让电子通过的物质。
就像走廊有特殊的魔法，只允许特定的人（离子）走，其他人（电子）得走别的路。
这电解质的种类还不少呢，有的是质子交换膜，就像一条只允许质子通过的神秘通道。
我看着展示模型里的电解质部分，感觉它就像一个隐藏着巨大秘密的地方，那些看不见的离子就在这里面穿梭。
还有双极板，双极板就像城堡的墙壁，把一个个小单元隔开，同时还起到了导电和分配气体的作用。
它上面有一些小通道，就像墙壁上的小管道，氢气和氧气可以通过这些小通道分别到达阳极和阴极。
这双极板得设计得很精巧，要是通道太窄或者太宽，气体分布不均匀，那整个燃料电池的性能就会受到影响。
我想象着那些气体在双极板的小通道里流动，就像小蚂蚁在迷宫里找路一样，必须得走得顺畅。
再说说燃料电池的工作原理吧，这可就更有趣了。
当氢气来到阳极这个前门的时候，它就像被施了魔法一样，在催化剂的作用下，分解成了氢离子和电子。
氢离子就通过电解质这个特殊走廊向阴极走去，而电子呢，它们可不能走这条路，就像被一堵无形的墙挡住了。
于是电子就只能从外电路走，这就产生了电流，就像一群小电子在电线里奔跑，给我们提供电能。
燃料电池(课件)
得失电子数目的求算
燃料分子失电子的数目，可根据整体化合价变化情况 进行求算，也可以直接根据分子所含的原子数目进行 计算。1mol的CxHyOz失去电子的数目为4x+y－ 2z(碳四氢一氧减二)。我们可以计算，每个C₃H₈失电 子数为4×3+1×8＝20，每个C₂H₅OH分子失电子数 为4×2+1×6－2＝12。
电解质为固体电解质 （如固体氧化锆—氧 化钇）O2＋4e-=2O2-。
燃料电池负极反应式的书写
产物判断规则
一般来说，负极反应物一般为燃料，常常含有碳元素和 氢元素，有时也含有氧元素。在酸性溶液(如硫酸溶液) 下，负极燃料失电子，C元素变为+4价，转化为CO₂； H元素转化为H⁺，氧元素结合H⁺转化为水。在碱性溶 液(如氢氧化钠溶液)下，负极燃料失电子，C元素转化 为碳酸根离子，+1价的氢元素不能在碱性条件下以离 子形态稳定存在，结合OHˉ生成水，氧元素变成氢氧根 离子或者水。
谢谢
燃料电池
基础知识
燃料电池（Fuel cell），是一种不经过燃烧，将燃料化学能经过电化学反 应直接转变为电能的装置。它和其它电池中的氧化还原反应一样，都是自 发的化学反应，不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能，且废物排 放量很低。其中燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同
基础知识
燃料电池的两极材料都是用多孔碳、多孔镍、铂、钯等兼有催化剂特性 的惰性金属，两电极的材料相同。 燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的一极为负极 ，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空气或氧气的一极为正极，氧 气在该电极上发生还原反应。
量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；【答案】C
真题突破
（2019·全国高考真题）利用生物燃料电池原理研究室温下氨 的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意 图如下所示。下列说法错误的是
新能源汽车技术 第2版 第4章 燃料电池系统和氢系统
燃料极: H2 2H+ + 2e 空气极: 2H+ + 1 / 2O2 + 2e H2 O
全体: H2 + 1 / 2O2 H2 O
在燃料电极中, 供给的燃料气体中的 H2 分解成 H+ 和 e, H+ 移动到电解质中与空气极侧供 给的 O2 发生反应, e 经由外部的负荷回路返回到空气极侧, 参与空气极侧的反应。 一系列的 反应促成了 e 不间断地经由外部回路, 因而就 形成了发电。 从反应式可以看出, 由 H2 和 O2 生成 H2 O, 除此以外没有其他的反应, H2 所具有的化学能转变成了电 能。 但实际上, 伴随着 电极的反应存在一定的电阻, 会引起部分热能产生, 由此减少了转换成电能的比例。 引起这些 反应的一组蓄电池称为组件, 产生的电压通常低于 1V。 因此, 为了获得大的输出需采用组件 多层迭加的办法获得高电 压堆。 组件间的电气连接以及燃料气体和空气之间的分离, 采用了 上、 下两面中备有气体流路的隔板。 PAFC 和 PEMFC 的隔板由碳材料或金属板组成。 堆的输 出由总的电压和电流的乘积决定, 电流与蓄电池中的反应面积成正比。
目前, 高温燃料电池的电极主要以触媒材料制成, 例如固态氧化物燃料电池 ( SOFC) 的 Y2 O3 —stabilized—ZrO2 ( YSZ) 及熔融碳酸盐燃料电池 ( MCFC) 的氧化镍电极等; 低温燃料 电池的电极主要是由气体扩散 层支撑一薄层触媒材料构成, 例如磷酸燃料电池 ( PAFC) 与质 子交换膜燃料电池 ( PEMFC) 的白金电极等。 电解质隔膜的主要功能是分隔氧化剂与还原剂, 并传导离子, 所以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 其一般厚度在数十毫米至数百毫米之间。 至于材质, 目前主要朝两个方向发展, 一个方向是先以石棉膜、 碳化硅 ( SiC) 膜 铝酸锂 ( LiAlOF) 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 一个方向是采用全氟磺酸树脂 ( 如 PEMFC) 及 YSZ ( 如 SOFC)。 集电器又称为双极板, 具有收集电流、 分隔氧化剂与还原剂、 疏导反应气体等作用, 集电 器的性能主要取决于其材料特性、 流 场设池的主要构成组件包括电极、 电解质隔膜与集电器等。 燃料电池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、 电极的材料及电极的 制程等。 电极主要可分为两部分, 其一为阳极, 另一 为阴极, 厚度一般为 200 ~ 500mm; 其结构与一般蓄电池的平板电极不同 之处是燃料电池的电 极为多孔结构。 燃料电池电极设计成多孔结构的主要原因是燃料电池使用的燃料及氧化剂大多 为气体 ( 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 结构的电极, 以增加参与反应的电极表面积。
燃料电池的基本原理资料
燃料电池的基本原理资料燃料电池（Fuel Cell，简称FC）是一种能够将燃料与氧气反应产生电能的装置。
与传统的燃烧发电方式相比，燃料电池具有高效、环保、无排放等优势，并且能够利用多种燃料进行工作。
下面我们将详细介绍燃料电池的基本原理。
整个反应过程可以概括为以下几个步骤：1.燃料供应：燃料通过与电解质接触的阳极供应给燃料电池。
常见的燃料是氢气（H2），氢气可以通过水电解、天然气蒸汽重整等方式获得。
在其他类型的燃料电池中，如甲醇燃料电池，也可以使用甲醇等其他燃料。
2.气体分解：在阳极上，燃料被催化剂催化分解成电子（e-）和氢离子（H+）。
2H2→4H++4e-3.电子流动：由于阳极和阴极之间的电阻，自由电子通过外部电路流动，形成电流，进行工作。
在外部电路中，电子流向阴极。
4.氢离子传导：氢离子通过电解质传导到阴极。
5.氧气供应：阴极通过喷射气体（空气），向燃料电池提供氧气（O2）。
6.氧还原反应：氧气在阴极上与电子和氢离子反应，生成水。
O2+4e-+4H+→2H2O总方程式可以表示为：2H2+O2→2H2O从方程中可以看出，燃料电池的主要产物是水，没有任何的有害气体排放。
这也是燃料电池在环保方面具有重要优势的原因之一需要注意的是，在燃料电池中常用的电解质有多种类型，如固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）采用固体氧化物电解质，质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）采用质子交换膜等。
电解质的类型不同，燃料电池的工作原理也会有所差异。
总结起来，燃料电池的基本原理是通过将燃料氧化产生的化学能直接转化为电能。
它可以利用多种燃料，如氢气、甲烷、甲醇等。
整个反应过程涉及燃料供应、气体分解、电子流动、氢离子传导、氧气供应和氧还原反应等步骤。
燃料电池具有高效、环保、无排放等优势，被广泛应用于各个领域。
燃料电池简介PPT课件
2019/12/30
影响燃料电池性能的因素
活化过电势对燃料电池性能的影响
14
2019/12/30
如何改善动力学性能
15
2019/12/30
3.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。其电解质是由一种质子导 体聚合电解膜构成。
1.电池材料成本高； 2.需要良好的动态水管理； 3.对CO和S的容忍度很差
18
2019/12/30
4.燃料电池的应用
2017年10月12日，陆地方舟新型氢电混合燃料电池客 车在第十二届特车型， 加氢5分钟，充电12分钟，续航可达550km，该车也 是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。
6
2019/12/30
1.2燃料电池的分类
7
2019/12/30
1.4燃料电池的优点
发电效率高 环境污染小 比能量高 噪音低 燃料范围广 负载调节灵活，可靠性高
8
2019/12/30
2.燃料电池反应动力学
定义：对燃料电池反应过程的研究。 目的：解释燃料电池的反应过程如何导致性能损失。
16
2019/12/30
PEMFC的结构
电解质膜非常薄 电解质膜两边是一层薄的
催化剂和多孔的碳电极支 撑材料。 形成 电极-催化剂-膜-催化 剂-电极 结构。
17
结构示意图
2019/12/30
PEMFC的优缺点
优点：
1.在所有燃料电池类型中功率密度最高； 2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应用。 缺点：
PEMFC——燃料电池课件
PEMFC——燃料电池课件PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的设备，广泛用于用于汽车、航空航天和小型电子设备等领域。
它具有高能量转化效率、无污染排放和低噪音等优点，因此，PEMFC燃料电池在可再生能源和清洁能源技术的研究中扮演着重要的角色。
PEMFC燃料电池的核心是通过氢气和氧气的电化学反应来产生电能。
其中，阳极上的氢气在催化剂的作用下，电解为氢离子和电子。
氢离子穿过质子交换膜进入阴极，而电子则通过外部电路形成电流。
在阴极上，氧气与氢离子和电子发生反应，生成水蒸气。
整个反应过程无化石燃料燃烧产生的废气和有害物质的排放，只有清洁的水作为副产物。
PEMFC燃料电池相比传统的燃烧发动机具有很多优势。
首先，它具有高能量转化效率。
相较于内燃机的30%~40%的能量转化效率，PEMFC燃料电池可以达到50%~60%的能量转化效率。
其次，PEMFC燃料电池的污染物排放非常低。
只有水蒸气作为副产物，不会产生二氧化碳、一氧化碳等有害废气。
此外，PEMFC燃料电池具有响应速度快、重量轻、噪音低、维护方便等优点，非常适用于移动设备和远程运载工具的使用。
然而，PEMFC燃料电池仍然面临一些挑战和约束。
首先，它对纯净的氢气供应有较高的要求。
纯净的氢气可以通过水电解、天然气重整等方法得到，但是提供这些纯氢供应的基础设施需要相应的投资和建设。
其次，PEMFC燃料电池的催化剂价格较高，催化剂的效率和耐久性也还有待提高。
此外，质子交换膜的稳定性和可靠性以及温度和湿度对燃料电池性能的影响也是需要研究和解决的问题。
为了解决这些问题，研究人员在多个方面进行了努力。
首先，他们正在研究和开发新的催化剂，以提高催化剂的效率和耐久性。
其次，他们正在设计和优化质子交换膜，以提高膜的稳定性和可靠性。
同时，他们也在探索使用非纯净氢气作为燃料的方法，以降低纯净氢气供应的要求。
高二化学选择性必修课件燃料电池
PEMFC具有高效率、低噪音、零排放等优点。它可以在较低的温度下快速启动并具有较高的功率密度。 此外，PEMFC对燃料的纯度要求不高可以使用重整气或天然气等作为燃料来源。
05
实验操作演示与注意事项
实验器材准备和检查
01
02
03
04
燃料电池模型
确保模型完整无损，电极、电 解质等各部分正常。
电源和电压表
优缺点分析比较
优点总结
燃料电池具有能量转换效率高、污染小、噪音低、燃料来源广泛等优点。同时，不同类型 的燃料电池还具有各自独特的优点，如固体氧化物燃料电池（SOFC）可在高温下工作， 适用于大型电站等领域。
缺点分析
燃料电池的缺点主要包括成本高、寿命有限、对燃料和氧化剂纯度要求高等。此外，不同 类型的燃料电池还存在一些特定的缺点，如碱性燃料电池（AFC）需要使用贵金属催化剂 等。
提供稳定的电源，并配备合适 的电压表以监测电压变化。
实验气体
如氢气、氧气等，确保气体纯 度高，无杂质。
连接线路和开关
确保连接线路畅通，开关灵活 可靠。
实验步骤详细指导
组装燃料电池模型
按照模型说明书正确组装电池各部分 ，确保电极间距、电解质浓度等参数 符合要求。
气体通入与密封性检查
将实验气体通入电池模型，检查各接 口密封性，确保无气体泄漏。
气体泄漏应急处理
电源安全
如发现气体泄漏，应立即关闭气源，迅速 撤离现场，并报告老师或实验室管理员进 行处置。
确保电源稳定可靠，避免短路或过载等情 况发生。如遇电源故障，应立即切断电源 并寻求专业人员帮助。
06
环保意义及未来发展趋势 预测
环保意义阐述
清洁能源转化
燃料电池能将氢气和氧气转化为电能和水，过程中不产生温室气 体和其他有害物质，实现清洁能源的高效转化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）氢离子穿过电解质到达阴极。电子则通过外电路及负
载也达到阴极。在阴极催化剂的作用下，生成水反应式为：
2H
2e
1 2
O2
H2O
（3）综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为：
2H2 O2 2H2O
伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气 的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。
严格地讲，燃料电池是电化学能量发 生器，是以化学反应发电；一次电池是电 化学能量生产装置，可一次性将化学能转 变成电能；二次电池是电化学能量的储存 装置，可将化学反应能与电能可逆转换。
4.1.4 燃料电池的工作原理
燃料电池的工作原理（以氢பைடு நூலகம்磷酸型电池为例）
（1）氢气在阳极催化剂的作用下，发生下列阳极反应：
甲醇等重 整气，煤 气
整气
气
天然气，甲 醇等
重整气
发电效率 45～50 40～45 50～65 55～70 30～40
优点
启动快；对CO2 不 空气做氧 空气做氧 室温常 敏感；成 化剂、天 化剂、天
压下工 本相对较 然气或甲 然气或甲
作
低
烷做燃料 烷做燃料
空气做氧化 剂；固体电 解质；室温 工作；启动 迅速
五种燃料电池特点
种类 AFC
PAFC MCFC SOFC
可应 航天，特 特殊需求，区域供电，区域供电 用领 殊地面， 区域供电 联合发电 域 广泛
PEMFC
电汽车，潜 艇，可移动 动力源
缺点
需以纯氧 对CO敏 工作温度
做氧化剂；感；
较高
成本高 启动慢； 成本高
工作温度过 高
对CO非常 敏感；
反应物需要 加湿
4.1.5 燃料电池的类型和各类型的特点
燃料电池的种类很多，分类方法也 有多种。下页表中的分类方式概括了所 有类型的燃料电池。
燃料电池分类
直接型
间接型
再生型
低温(200℃) 中温 （200～ 750℃)
高温 重整型 生化型 （产物再生
(750℃)
为反应物）
氢-氧
氢-氧
氢-氧 天然气 葡萄糖 热再生
燃料电池分类
燃 料 工作 电 温度 池
低温燃料电池 高温燃料电池
AFC
PEMFC PAFC MCFC
SOFC
几种特殊类型的燃料电池
直接甲醇燃料电池(DMFC)
特
殊
燃
再生燃料电池(RFC)
料
电
池 直接碳燃料电池(DCFC)
燃料是液态的
几种特殊类型的燃料甲速醇，电，商池发业展潜迅力
大
直接甲醇燃料电池(DMFC)
电
料电池
池
直接碳燃料电池(DCFC)
4.1.6 燃料电池的特性
高效率
可靠性高
特
优点
良好的环境效应
性
存在
良好的操作性能
问题
灵活性高
燃料来源广泛
发展潜力大
(1) 高效率
在燃料电池中,燃料不是被燃烧变为热能, 而是直接发电, 不受卡诺热机效率的限制。理 论上讲，燃料电池可将燃料能量的90%转化 为可利用的电和热，实际效率可望在80%以 上 。这样的高效率是史无前例的。
H2/O2质子交换膜燃料电池
直接甲醇燃料电池（DMFC）
五种燃料电池特点
种 类 AFC PAFC MCFC SOFC
PEMFC
LiCO3, 电解质 KOH H3PO4 K2CO3 电
ZrO2+Y2 离子交换膜
O3
（特别是阳离
子交换膜）
解 工作温 低于 190～ 600～700 约1000 质 度范围 260 210
燃料电池
介绍内容
4.1，燃料电池介绍 4.2，质子交换膜燃料电池材料 4.3，直接醇类燃料电池材料 4.4，磷酸型燃料电池材料
4.1.燃料电池介绍
4.1.1 简介
(1)什么是燃料电池？ 简单地说，燃料电池(Fuel Cell，简称FC)是一
种将存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能 的电化学装置。
二次电池：利用外部供给的电能，使电池反应向逆方向进行， 再生成电化学反应物质．从能量角度看，就是将外部能量充 给电池，使其再发电，实现反复使用的功能．
燃料电池：从理论上讲, 只要不断向其供给燃料(阳极反应物 质，如H2), 及氧化剂(阴极反应物质，如O2)，就可以连续不断 地发电,因而其容量是无限的. 实际上，由于元件老化和故障 等原因，燃料电池有一定的寿命．
有机物-氧 有机物-氧 CO-氧 石油 碳水化 充电再生
合物
氮化物-氧 氨-氧
甲醇 尿素 光化学再生
金属-氧 氢-卤素
乙醇 煤
放射化学再 生
金属-卤素
氨
燃料电池分类
碱性燃料电池（AFC）
燃
磷酸燃料电池（PAFC）
料
电
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
池
固体氧化物燃料电池（SOFC）
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
为提高反应速率，电极
一般采用多孔材料．各
种燃料电池的材料也都
有各自的特点．
燃料电池的基本反应
4.1.3 燃料电池(Fuel Cell)与电池（Battery)的区别
（1）相同点：将化学能转变为电能的装置
（2）不同点：燃料电池是能量转换装置 电池是能量储存装置。
一次电池：化学能储存在电池物质中, 当电池放电电时,电池 物质发生化学反应，直到反应物质全部反应消耗完毕，电池 就再也发不出电了．所以原电池所发出的最大电能等于参与 电化学反应的化学物质完全反应时所产生的电能．
作为一种新型化学电源，燃料电池是继火电、 水电和核电之后的第四种发电方式．与火力发电相 比，关键的区别在于燃料电池的能量转变过程是直 接方式．
热能
动能
传统技术
化学能
燃料电池
电能
燃料电池直接发电与传统间接发电的比较
4.1.2 燃料电池的构造
阴极
燃料电池
阳极
电解质
典型的燃料电池的构造如右下图所示．在阳极（负极） 上连续吹充气态燃料，如氢气．在阴极（正极）上连续 吹充氧气（或由空气提供），这样就可以在电极上连续 发生电化学反应，并产生电流．由于电极上发生的反应 大多为多相界面反应，
特
殊
燃
再生燃料电池(RFC)
料
电
池
直接碳燃料电池(DCFC)
几种特殊类型的燃料电池
直接甲醇燃料以氢电为池基(础D的M利FC)
特
用可再生能源的
殊
闭合循环发电系 统
燃
再生燃料电池(RFC)
料
电
池 直接碳燃料电池(DCFC)
几种特殊类型的燃料电池
直接甲醇燃料电池(DMFC)
特
殊
燃 料
唯一使用固 再生燃料电池(RF体C)燃料的燃
约85
腐蚀性 中 强 强
无
无
氧化剂 极板材料
纯氧 镍
石墨
空气
镍， 不锈钢
陶瓷
石墨，金属
五种燃料电池特点
种 类 AFC PAFC MCFC SOFC PEMFC
催化剂 镍/ 铂系 阳/阴极 银系
镍/氧化 镍LaMnO3 铂系
镍
或LaCoO3
电解 燃 料 纯氢
天然气， 天然气， 天然气，
轻质油， 甲醇等重 甲醇，煤