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燃料电池讲解：PPT课件
ห้องสมุดไป่ตู้ 二、
一、制作氢氧燃料电池的设想
燃料电池是一种新型的化学电源， 是现在最引人注目的能源装置之一，是 高中化学教材新增添的学习内容。但教 材没有安排燃料电池的演示实验和学生 实验。因此我们就想自己研制燃料电池。 我们首先查阅了大量的有关燃料电池的 资料，做了大量的实验，通过不断改进， 最终研制出了一种不需用贵重金属的简 易氢氧燃料电池。
正 极
燃料电池由正极、 负极和离子导电的电 解质构成，其工作原 理与普通电化学电池 类似，燃料在负极氧 化，氧化剂在正极还 原，电子从负极通过 负载流向正极构成电 回路，产生电流。
四、氢氧燃料电池的工作原理
A
2e
-
2e
-
氢气
H+
H+
OH OH -
氧气
H2O 负极 正极
五、氢氧燃料电池的装置
石墨电极均为普通1号干电池的碳棒, 电 解槽为化学实验室盛装石蕊试纸的塑料盒。
二、燃料电池的定义
燃料电池是一种能够持续的 通过发生在正极和负极的氧化还 原反应将化学能转化为电能的能 量转换装置。燃料电池与常规电 池的区别在于，它工作时需要连 续不断地向电池内输入燃料和氧 化剂，只要持续供应，燃料电池 就会不断提供电能。
三、燃料电池的工作原理
燃料 导电离子 氧化剂
负 极 电 解 质
电子钟
（+）O2+ 4e- + 4H+= 2H2O
可走数十 分钟
（-）2H2-4e- + 4OH- = 4H2O
电解槽
Na2SO4 溶液
石墨电极
七、氢氧燃料电池带动小电器
电池中附有氧气的碳棒为正极，附有氧 气的碳棒为正极。
燃料电池专业知识 ppt课件
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10
气体扩散层GDL (gas diffusion layer)
作用：传质，导电，传热，支持催化层，导水 要求：高孔隙率，接触电阻小，内阻小，导热好，稳定性高不降解，强度高 材料：石墨化碳纸或碳布
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11
流场板FP （Flow Plate）
对于水冷流场，又称为双极板Bipolar-plate 作用：气体分配，集流，导热，密封 要求：重量小，高电导，高热导，耐腐蚀，耐压，低成本 材料：石墨，合金
燃料电池专业知识
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1
第一章 燃料电池原理和构成
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2
什么是燃料电池
定义： 燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接
转化为电能的发电装置。
燃料
氧化剂
电能
其他？
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3
Hydrogen
Fuel Cell
Oxygen Heat
Electric power
增程器 动力电池
电能
电机
机械能
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22
150~200公里
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23
整车 控制系 统
动力电池
燃料 电池
DC/DC
电机 控制 器
储氢 供氢系 统
车辆 附件总 成 燃料 电池附 件
驱动 电机
驱动桥
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24
DCDC
DC：直流电，direct current AC：交流电，Alternating current DCDC：直流到直流变换器，主要是将某个直流电压转化至另一个直流电压。 解决两个设备电压不匹配的问题。
作为锂离子电池负极材料-钛酸锂（区别于石墨），可与锰酸锂、三元材料或 磷酸铁锂等正极材料组成电池。
Fuel-cells简介图文(共38张PPT)
区的概念。至今,如何制取尽可能扩展的、稳定的三相 反应区的气体扩散电极,仍然是燃料电池研制的主要课题
第20页，共38页。
B 固体炭燃料电池的探索
氢为燃料太贵，Grove之后许多学者对固体碳燃料电池进行了多方面 研究,但都未获成功
原因:
①碳很难进行电化学反应
②天然碳中含有灰分,不易清除且污染电解质 ③固体物质难于连续输送
第14页，共38页。
(3) SOFC, Solid oxide fuel cell
SOFC工作温度高达1000℃,反应速度快,不需要贵重金属做催化剂 不存在电解质腐蚀金属问题 碳氢化合物燃料可自动在燃料电池内部重整, 燃料中杂质对电池的性能、
寿命影响小 燃料转换效率高,高温余热可很好利用 主要问题： 固体氧化物电解质所用的陶瓷材料脆性大,目前仍很难制造出大面积
第18页，共38页。
3 燃料电池的发展
（1）试验室研究阶
段 相对比,内燃机的效率为22～23%。
主要开发项目：航天用碱性氢氧燃料电池。
1840～1952 90年代以来, 又一次燃料电池研究开发热潮
美、加、德、日等国已有近二十家公司从事电动车的研制和开发，采用Ballard公司的燃料电池从事电动车开发的公司有11家 (2) PAFC, phosphorous acid fuel cell 美国ERC公司早在70年代就进行MCFC研究, 80年代以后转为重点开发, 开发的2MW天然气内重整MCFC1994年底试运行, 1997年3月因
以上
理论转换效率：
G1TS
H H
第6页，共38页。
实际转换效率
第7页，共38页。
B 比能量和比功率高 封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换, 比能量不会
第20页，共38页。
B 固体炭燃料电池的探索
氢为燃料太贵，Grove之后许多学者对固体碳燃料电池进行了多方面 研究,但都未获成功
原因:
①碳很难进行电化学反应
②天然碳中含有灰分,不易清除且污染电解质 ③固体物质难于连续输送
第14页，共38页。
(3) SOFC, Solid oxide fuel cell
SOFC工作温度高达1000℃,反应速度快,不需要贵重金属做催化剂 不存在电解质腐蚀金属问题 碳氢化合物燃料可自动在燃料电池内部重整, 燃料中杂质对电池的性能、
寿命影响小 燃料转换效率高,高温余热可很好利用 主要问题： 固体氧化物电解质所用的陶瓷材料脆性大,目前仍很难制造出大面积
第18页，共38页。
3 燃料电池的发展
（1）试验室研究阶
段 相对比,内燃机的效率为22～23%。
主要开发项目：航天用碱性氢氧燃料电池。
1840～1952 90年代以来, 又一次燃料电池研究开发热潮
美、加、德、日等国已有近二十家公司从事电动车的研制和开发，采用Ballard公司的燃料电池从事电动车开发的公司有11家 (2) PAFC, phosphorous acid fuel cell 美国ERC公司早在70年代就进行MCFC研究, 80年代以后转为重点开发, 开发的2MW天然气内重整MCFC1994年底试运行, 1997年3月因
以上
理论转换效率：
G1TS
H H
第6页，共38页。
实际转换效率
第7页，共38页。
B 比能量和比功率高 封闭体系蓄电池与外界没有物质的交换, 比能量不会
燃料电池简介PPT课件
燃料
高纯H2
H2
H2
H2-CO CH4
H2-CO CH4
氧化剂
高纯O2
空气
空气
空气+CO2
空气
电解质
KOH
H3PO4 质子交换膜 (K,Li)2CO3 Y2O3,ZrO2
阳极催化剂
Pt
阴极催化剂
Pt
Pt
Pt
Pt
Pt
CHENLI
Ni
Ni, ZrO2
NiO
La-SrMnO2
6
燃料电池的分类
按燃料电池所用原始燃料的类型，可大致 分为
CHENLI
3
燃料电池的基负极和夹在正负极中间的电解质板所组 成。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极 分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向 正极。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。
采用200℃高温下的磷酸作为其电解质
熔融碳酸盐型燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC）
采用熔融态碳酸盐作为其电解质
固体氧化物型燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）
采用固态电解质
固体聚合物燃料电池（Solid Polymer Fuel Cell,SPFC,又称为质子交换膜 燃料电池，Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）
氢燃料电池
通用汽车公司已研制成功使用液氢燃料电池产生动 力的零排放概念车“氢动一号”，该车加速快，操 作灵活，从0~100km/h加速仅16秒，最高时速可达 140km/h，续驰里程400km。
《燃料电池》课件
《燃料电池》PPT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。
2
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。
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。
2
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。
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
燃料电池概述及其研究进展(ppt 76页)
表3 燃料电池分类及技术比较
按其工作温度分为低温燃料电池和高温燃料电池：
碱性燃料电池（AFC，工作温度为100℃）、 质子膜燃料电池（PEMFC，工作温度为100℃以内） 磷酸型燃料电池（PAFC，工作温度为200℃）
熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC，工作温度为650℃） 固体氧化型燃料电池（SOFC，工作温度为1000℃）
按开发时间顺序进行分类： 磷酸型燃料电池称为第一代燃料电池
熔融碳酸盐称为第二代燃料电池 固体氧化物燃料电池称为第三代燃料电池
7、 国外燃料电池总体发展状况
7、 国外燃料电池总的发展状况
发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目， 企业界也纷纷斥巨资从事燃料电池技术的研究与开发， 现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代 传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。
发电技术： 近期注重提高效率,降低污染; 远期注重可再生能源发电.
发电技术类型：
火力发电 水力发电 核能发电 燃料电池
太阳能发电 风力发电 地热能发电 潮汐发电 生物质发电
火力发电 利用煤、石油和天然气等化石燃料所含能量发电。
发电厂由锅炉、汽轮机、发电机三大主要设备 和相应的辅助设备组成。
2. 中国能源现状
能源储量
据资料显示，截止到2004年底我国：
石油剩余可采储量23亿吨，占世界总量的1.4% 天然气剩余可采储量2.23万亿m3，占世界总量的1.2% 煤炭剩余可采储量1145亿吨，占世界总量的12.6% 水力资源占世界总量的30%
能源结构 (2004年)
表1
中国能源消费与生产结构
实际应用时一般采用表面积大、耐腐蚀性好的 乙炔炭黑或碳等载铂或银；
燃料电池全面总结PPT课件
练习1分别写出甲烷在酸性电解质溶液碱性电解质溶液熔融固体氧化物熔融碳酸盐四种条件下的总反应和电极反应
一 定义：燃料电池是一种不经过燃烧，将 燃
料化学能经过电化学反应直接转变为电 能优点：高效、环保。
注的：装置。
（1）两电极材料可以相同，只起导电的作用。 （2）反应物不是储存在电池内部，而由外设装
备提供燃料和氧化剂。
• 正极2反C应H：3OH – 12e- + 16OH-＝ 2CO32- +12H2O
• 总反应离子方程式：
3O2 + 12e- + 6H2O ＝ 12OH-
2CH3OH + 3O2 + 4OH -＝ 2CO3 2-+ 6H2O
注：碱性条件下CO2和OH-反应最终生成CO32思考：乙醇燃料电池在碱性条件下的负极反应？
其余环境都生成CO2。
第9页/共15页
练习1 分别写出甲烷在酸性电解质溶液、碱性电解 质溶液、熔融固体氧化物、熔融碳酸盐四种条件下 的总反应和电极反应。 (1)酸性电解质
负极： CH4 - 8e- + 2H2O = 8H+ + CO2 正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 总反应： CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O
（2）碱性电解质溶液
两极为石墨电极， 电解质是KOH溶液。
碱性 介质
负极：2H2 - 4e- + 4OH- ＝ 4H2O 正极：O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH总反应：2H2 + O2 ＝ 2H2O
注：碱性溶液电荷守恒配OH- 。
第4页/共15页
• 甲醇燃料电池 • 碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液） • 负极反应：
一 定义：燃料电池是一种不经过燃烧，将 燃
料化学能经过电化学反应直接转变为电 能优点：高效、环保。
注的：装置。
（1）两电极材料可以相同，只起导电的作用。 （2）反应物不是储存在电池内部，而由外设装
备提供燃料和氧化剂。
• 正极2反C应H：3OH – 12e- + 16OH-＝ 2CO32- +12H2O
• 总反应离子方程式：
3O2 + 12e- + 6H2O ＝ 12OH-
2CH3OH + 3O2 + 4OH -＝ 2CO3 2-+ 6H2O
注：碱性条件下CO2和OH-反应最终生成CO32思考：乙醇燃料电池在碱性条件下的负极反应？
其余环境都生成CO2。
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练习1 分别写出甲烷在酸性电解质溶液、碱性电解 质溶液、熔融固体氧化物、熔融碳酸盐四种条件下 的总反应和电极反应。 (1)酸性电解质
负极： CH4 - 8e- + 2H2O = 8H+ + CO2 正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 总反应： CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O
（2）碱性电解质溶液
两极为石墨电极， 电解质是KOH溶液。
碱性 介质
负极：2H2 - 4e- + 4OH- ＝ 4H2O 正极：O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH总反应：2H2 + O2 ＝ 2H2O
注：碱性溶液电荷守恒配OH- 。
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• 甲醇燃料电池 • 碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液） • 负极反应：