燃料电池种类工作原理及结构ppt


2. 按电解质的种类不同,有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质
3. 按燃料类型分。
3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池
燃料电池的种类
燃料电池 碱性燃料 磷酸型燃 质子交换 熔融碳酸 固体氧化 • 碱性燃料电池( AFC )( alkaline fuel cell) 膜燃料电 盐燃料电 物燃料电 类型 电池 料电池 • 磷酸型燃料电池(PAFC) (phosphorous acid池 fuel 池 池
燃料电池的概述
• 燃料电池(full Cell)是一种将持续供给的燃料和 氧化剂中的化学能连续不断地直接转化为电能的 电化学装置。 • 燃料电池在原理和结构上和普通电池(battery) 完全不同。燃料电池的活性物质是存储在电池之 外,只要不断地供给燃料和氧化物就一直能发电, 因而容量是无限的。而电池的容量是有限的,活 性物质一旦消耗完,电池的寿命就终止。
燃料电池的组成
• 燃料电池是一个复杂的系理系统以及控制系统 等几个子系统组成。
燃料电池工作原理
• 燃料电池含有阳阴两个电极,分别充满电解液,而两个电 极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由阳极进入供给 燃料,氧气(或空气)由阴极进入电池。 • 电池经由催化剂的作用,使得阳极的氢原子分解成氢质子 (proton)与电子(electron),其中质子进入电解液中, 被氧“吸引”到薄膜的另一边,电子经由外电路形成电流 后,到达阴极。在阴极催化剂之作用下,氢质子、氧及电 子,发生反应形成水分子。这正是水的电解反应的逆过程, 因此水是燃料电池唯一的排放物。 • 利用这个原理,燃料电池便可在工作时源源不断地向外部 输电,为一种 "发电机"。
效率
使用温度
60%~90%
60~120
37%~42% 43%~58%
160~220 60~120
50%~
600~1000
50%~65%
600~1000
2.1碱性燃料电池(AFC)
2.1.1 碱性染料电池简介 • 碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池,主要为空间 任务,包括航天飞机提供动力和饮用水。 • 工作原理 • 使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质, 阳极反应:2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e阴极反应:O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH总反应:O2+2H2 →2H2O • 碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此,它们的启 动也很快,但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度 低十来倍,在汽车中使用显得相当笨拙。不过,它们是燃 料电池中生产成本最低的一种电池,因此可用于小型的固 定发电装置。 • 如同质子交换膜燃料电池一样,碱性燃料电池对能污染催 化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外,其原料不 能含有一氧化碳,因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应 生成碳酸钾,降低电池的性能。
PAFC的结构
• 由多节单电池按压滤 机方式组装构成电池 组。PAFC的工 作温 度一般为 200℃左右 , 能量转化率约在 40%, 为保证电池工作稳定, 必须连续地排除废热。
2.3熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)
• MCFC属高温燃料电池,工作温度是 650~ 700℃。与低 温燃料电池相比,MCFC的本和效率很有竞争力,概括起 来有四大优势: • ① 在工作温度下,MCFC可以进行内部重整燃料,例如在 阳 极反应室进行甲烷的重反应,重整反应到所需热量由 电池反应的余热提供; • ②MCFC的工作温度为650~700℃,其余热可用来压缩反 应气体以提高电池性能,可以用于供暖; • ③燃料重整时产生的CO 可以作为MCFC的燃料,且由于 MCFC为高温燃料电池,不会受到CO的中毒催化剂的威 胁; • ④催化剂为镍合金,不使用贵金属。
燃料电池的组成和工作原理 燃料电池的基本组成:阳极、阴极、电解质和 外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。
图10-3 燃料电池的基本单元
燃料电池的分类
一、燃料电池的分类
1、按燃料电池的运行机理分。
分为酸性燃料电池和碱性燃料电池 2.1碱性燃料电池(AFC) 2.3磷酸燃料电池(PAFC) 2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 2.2质子交换膜燃料电池(PEMFC) 2.5固体氧化物燃料电池(SOFC)
cell) 英文简称
电解质
AFC
PAFC
PEMFC
MCFC
SOFC
• 熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC) (molten carbonate 氢氧化钾 质子渗透 固体氧化 磷酸 碳酸钾 fuel cell) 溶液 膜 物 天然气, 氢、甲醇、 天然气、 天然气、 燃料 纯氢 • 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) (proton exchange 煤气、沼 煤气、沼 天然气 membrane fuel 氢 cell) 气 气 • 固体氧化物燃料电池 (SOFC) (solid oxide fuel cell) 氧化剂 纯氧 空气 空气 空气 空气
PAFC的工作原理
阴极反应: 阳极: ++2eH2→2H 1/2O2+2H++2e-→H O 2 CH4 +2H O→4H +CO 2 2 2 阳极反应: CH3OH+H2O →3H 2+CO 2 + -
H2→2H +2e 阴极反应: 1/2O2+2H++2e- →H2O 总反应 1/2O2+2H2 →H2O
阳极反应: 2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e阴极反应: O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH总反应: O2+2H2 →2H2O
图10-8 碱性燃料电池的结构(自由电解质型)
2.2 磷酸燃料电池(PAFC)
• PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池 。 PAFC采用重 整天然气作燃料,空气作氧化剂,浸有浓磷酸的SiC 微孔 膜作电解质 , Pt/C 作催化剂 ,工作温度 200℃ 。 • 磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC)是以 浓磷酸为电解质,以贵金属催化的气体扩散电极为正、负 电极的中温型燃料电池。可以在150~220℃工作。具有 电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气压低和阳极催化剂不易 被CO毒化等优点,是一种接近商品化的民用燃料电池。 • PAFC是目前单机发电量最大的一种燃料电池。
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燃料电池原理及应用ppt课件

燃料电池原理及应用ppt课件
❖ 虽然风能或太阳能在无风时或夜间不能利用,但通 过与燃料电池组合,就能够组成稳定且洁净的能源 系统。
❖ 降低成本方面也大有希望,特别是燃料电池车已取 得突破性的进展,成本将会大幅度地降低。
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燃料电池不同于一般的“电池”
❖ 既然燃料电池是一种发电装置,那么就有必要说明 它被称为“电池”的原因。
❖ 在介绍燃料电池的结构之前,首先要说明与它关系 较为密切的干电池。
❖ 干电池是由电解质(溶于水时能分解出阳离子和阴离 子并导电的物质)和两个电极组成。锰电池中的锌电 极具有容易释放电子的性质,而二氧化锰电极则具 有容易得到电子的性质。当用一根导线连接央着电 解质的两个电极时,电子在导线中移动(电流),而 离子则在电解质中移动。这就是干电池产生电流的 化学原理。
❖ 由于供给燃料电池的燃料首先要通过脱硫器,所以造成酸雨 的硫化物为零排放。导致哮喘的烟尘发生量也被控制在检测 标准以下。
❖ 另外,噪声和振动也可以控制得极低。发动机等产生噪声和 振动的主要原因是其中有许多高速运转的零件。而燃料电池 没有机械部分,直接通过化学反应发电。需要动力时,也是 单个电机旋转,所以可实现无噪声平稳地运行。
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影响环境的物质排放量极小
❖ 若从燃料电池本身来看,排出的物质的确只有水,但是依靠 现有技术从化石燃料中提取氢的重整过程中多少会有一些其 他物质排出。尽管如此,实际排出量比发动机或锅炉等低得 多。
❖ 通过已实用化的“磷酸型燃料电池”与柴油发动机比较加以 说明。使用燃料电池产生的氢化物相当于汽油发动机或柴油 发动机及燃气轮机的1/10—1/100。
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高效率、分散型的发电装置
❖ 通过高压线路长距离地把从遥远的大型发电 站发出的电能输送到用户,电能损失和成本 都较高,是一种低效率的方法。

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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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。

燃料电池工作原理、分类及组成_图文

燃料电池工作原理、分类及组成_图文

磷酸 (PAFC)
电解质
KOH
含氟质子交换膜
H3PO4
阳极
Pt/C
Pt/C
Pt/C
阴极
C(含觸煤)
流动离 子
操作温 度 可用 燃料
特性
OH-
室温~100℃
精炼氢气 电解副产氢气 1.需使用高纯度氢
气做燃料 2.低腐蚀性及低温
较易选择材料
Pt/C
H+
室温~80℃
天然气、甲醇 汽油
1.功率密度高, 体积小,重量轻 2.低腐蚀性及低溫 ,较易选择材料
当采用甲醇水溶液作燃料时,DMFC的核心部件MEA阳 极侧是浸入甲醇水溶液中的,加之在DMFC工作时, 又有C02的析出;而阴极侧,排水量也远大于电化学 反应生成水,不管是气化蒸发以气态排出,还是靠 毛细力渗透到扩散层外部被气体吹扫以液态排水, 均会对电极与膜之间结合界面产生一定分离作用力。
因此,在制备DMFC的MEA时,与PEMPC的MEA相比,要改 进结构与工艺,增加MEA的电极与膜之间的结合力,防 止MEA在电池长时间工作时膜与电极分离、增加欧姆极 化,大幅度降低电池性能,严重时导致电池失效。
根据电池工作温度不同,AFC系统可分为中温型与 低温型两种。
前者以培根中温燃料电池为代表,它由英国培根 (F.T.Bacon)研制,工作温度约为523K,阿波罗 登月飞船上使用的AFC系统就属于这一类型。
低 温 型 APC 系 统 的 工 作 温 度 低 于 373K , 是 现 在 AFC系统研究与开发的重点。
因此与PEMFC相比,DMFC阴极侧不但排水负荷增 大,而且阴极被水掩的情况更严重,在设计DMFC 阴极结构与选定制备工艺时必须考虑这一因素。
正因为如此,在至今评价DMFC时,阴极氧化剂(如 空气中氧)的利用率均很低,其目的是增加阴极流 场内氧化剂的流动线速度,以利于向催化层的传质 和水的排出,但这势必增加DMFC电池系统的内耗, 这是研究高效大功率DMFC电池系统时必须解决的 技术问题。

燃料电池课件

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燃料电池课件燃料电池课件燃料电池是一种利用氢气和氧气反应产生电能的装置。

它具有高效能、无污染和低噪音等优点,因此在能源领域备受关注。

本文将介绍燃料电池的基本原理、分类、应用以及未来发展方向。

一、基本原理燃料电池的基本原理是利用氢气和氧气的氧化还原反应来产生电能。

在燃料电池中,氢气通过阳极(负极)进入电解质层,而氧气通过阴极(正极)进入电解质层。

在电解质层中,氢气发生氧化反应,产生电子和氢离子。

电子通过外部电路流动,形成电流,而氢离子则通过电解质层流动,进入阴极。

在阴极上,氢离子与氧气发生还原反应,生成水。

整个过程中,产生的电能可以用来驱动电动设备。

二、分类燃料电池根据不同的电解质材料和工作温度可以分为若干种类型。

常见的燃料电池包括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。

不同类型的燃料电池在工作原理、材料选择和适用场景等方面存在差异。

例如,PEMFC适用于低温环境,具有响应速度快、体积小的特点,常用于汽车和便携式设备;而SOFC适用于高温环境,具有高效能和长寿命的特点,常用于工业领域。

三、应用燃料电池在各个领域具有广泛的应用前景。

在交通领域,燃料电池可以用作汽车的动力源,取代传统的燃油发动机,实现零排放。

目前,许多汽车制造商已经推出了燃料电池汽车,并在市场上取得了一定的成功。

在能源领域,燃料电池可以用于家庭和商业建筑的电力供应,解决能源短缺和环境污染问题。

此外,燃料电池还可以用于便携式设备、航空航天等领域,为各种应用提供可靠的电源。

四、未来发展方向尽管燃料电池在能源转型中扮演着重要角色,但仍面临一些挑战和限制。

首先,燃料电池的成本较高,制约了其大规模应用。

其次,氢气的生产、存储和输送仍存在技术难题,需要进一步研究和改进。

此外,燃料电池的寿命和稳定性也需要提高,以满足实际应用的需求。

未来,燃料电池的发展方向主要包括降低成本、提高效率、延长寿命和改善氢气供应链等方面。

燃料电池学习ppt完美版

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燃料电池发电厂没有火力发电厂那样的噪声源,因而工作环境非常安静;
电导率越大则导电性能越强,反之越小。
电池是能量储存装置。 金属/空气电池的历史几乎就是空气电极的历史。
燃料电池的环境友好性是使其具有极强生命力和长远发展潜力的主要原因。
1970年,科尔迪什开发了第一辆燃料电池小汽车。
1896年,雅克研制成功第一个数百瓦(大约300瓦)的煤燃料电池;
1899年,施密特发明第一个空气扩散电极; 1959年,培根和弗洛斯特研制成功6KW碱性燃料电池系 统,并用来驱动叉车、圆盘锯和电焊机; 1959年,艾丽斯-查尔莫斯公司开发出第一辆碱性燃料电 池拖拉机,可以推动3000lb(1lb=0.4536kg)的重物;
(2) 燃料电池发展过程中的重大事件
1960年,通用电气公司开发成功质子交换膜燃料电池; 1962年,质子交换膜燃料电池应用于双子星座飞船; 1965年,碱性燃料电池用于阿波罗登月飞船; 1967年,通用汽车开发成功第一辆碱性燃料电池电动汽 车Electrovan; 1970年,科尔地什组装了第一辆碱性燃料电池-铅酸电池 混合动力轿车; 1972年,杜邦公司和格罗特发明了全氟磺酸质子交换膜; 1979年,在美国纽约完成了4.5MW磷酸燃料电池电厂的 测试; 1986年,洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)开发成功第 一辆磷酸燃料电池公共汽车;
(2) 燃料电池发展过程中的重大事件
1986年,洛斯阿拉莫斯国家实验室开发成功第一辆磷酸燃 料电池公共汽车;
1988年,第一艘碱性燃料电池潜艇在德国出现; 1991年,日本千叶县的11MW磷酸燃料电池试验电厂达 到设计功率; 1993年,巴拉德电力系统公司开发成功第一辆质子交换膜 燃料电池公共汽车; 1996年,美国加利福尼亚州的2MW 熔融碳酸盐燃料电池 试验电厂开始供电;

燃料电池PPT

燃料电池PPT

与传统概 念的电池
比较
• 燃料电池具有的特点
刘润茹 , 王德军.燃料电池工作原理及性能研究[J].长春大学学报,2004,14(04).
一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料,作 为负极, 用空气中的氧作为正极
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。用电的负载就接在外部电路中。 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。这正是水的电解反应的逆过程。
• 固体氧化物型燃料电池(SOFC):采用固态电解

• 质子交换膜燃料电池(PEMFC):采用极薄的塑 料薄膜作为其电解质
பைடு நூலகம்
体系 特点
不同点
燃料电池
电池
完全不封闭体 大多数是完全封闭体系

(特例如:锌-空气电池)
只是供能设备
既是供能设备又是储能设 备,方便携带
功能
可持续供电
充电要电网的支持!
相同点
输出电能都来自电化学反应 供电时都比较安静 绿色环保
• (1)较高的质子传导率,可以降低电池内阻,减小欧 姆过电位以提高电流密度,实现较高的电池敬率
• (2)气体(尤其是氢气和氧气)在膜中的渗透性尽可能 小.以免氢气和氧气在对电极表面发生反应.造成 电极局部过热.影响电池的库仑效率
• (3)膜对氧化、还原和水解具有稳定性,它在活性物 质氧化/还原和酸性作用下不降解
• (5)负荷响应快,运行质量高燃料电池在数秒 钟内就可以从最低功率变换到额定功率,减少 了输变线路投资和线路损失。
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• 按电解质划分有5个种类:

燃料电池讲解通用课件


04
燃料电池汽车将成为未来交通 出行的重要选择之一,具有零 排放、高效、节能等优点。
燃料电池将成为分布式发电和 储能的重要技术之一,具有环
保、灵活、高效等优点。
燃料电池在航空、航海等领域 也将得到广泛应用,如用于无
人机、船舶等。
燃料电池的技术挑战与瓶颈
01
技术挑战
02
提高燃料电池的能量密度和功率密度需要解决材料科学、制造
燃料电池的特点
高效率、低排放、低噪音、快速充电、可靠运行、方便维护等。
燃料电池的应用领域

作为电动汽车、船舶、航空器 的动力源,可实现零排放、高
效率的运行。
电力领域
作为电站、备用电源等,可满 足不同场合的用电需求。
工业领域
作为工业用电源,为生产设备 提供稳定可靠的电力保障。
军事领域
实际效率
由于实际运行中存在各种 损失,如反应不完全、热 能散失等,实际效率通常 略低于理论极限值。
提高效率的方法
优化催化剂设计、降低操 作温度、提高反应气体纯 度等措施可以提高燃料电 池的能量转换效率。
燃料电池的发电特点与优势
可再生能源
高效率
燃料电池使用的氢气和氧气可以由可再生 能源如太阳能、风能等提供,因此燃料电 池是一种可再生能源发电技术。
电池壳是燃料电池的外部结构,它能够保护电池不受外界 环境的影响。
燃料电池的制造设备主要包括搅拌器、涂布机、组装设备 和测试设备等。
燃料电池的使用与维护方法
使用燃料电池时,需要确保其工作在合适的温度和压力下,并定期检查其性能和安 全性。
维护燃料电池时,需要定期更换反应介质和电极材料,并保持电池壳的清洁和完好 。
工作原理:燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。在燃料电池中,燃料(如氢气)被送到阳极,氧化 剂(如氧气)被送到阴极。阳极和阴极之间通过电解质隔开。当燃料和氧化剂在阳极和阴极上反应时 ,电子从阳极通过外部电路流向阴极,从而产生电流。

燃料电池资料课件

建设完善的燃料电池基础 设施,包括加氢站、维修 站点等,为燃料电池的广 泛应用提供保障。
THANKS
目前,燃料电池已经在多个领域得到应用,如电力、交通、航空等。其 中,氢-氧燃料电池是目前发展最成熟、应用最广泛的一种类型。
尽管燃料电池具有诸多优点,但其成本高、技术复杂、维护困难等问题 仍制约着其大规模应用。因此,未来仍需要进一步研究和改进技术,降 低成本并提高可靠性。
02
燃料电池系统组成与工作流 程
04
燃料电池的制备与测试方法
燃料电池的制备方法
01
材料选择
选择适合燃料电池
反应的催化剂、膜
02
电极和其他组件。
催化剂制备
采用浸渍法、化学 气相沉积等方法制
备催化剂。
04
电池堆组装
将膜电极与双极板
03
组装,形成燃料电
池堆。
膜电极制备
将催化剂与质子交 换膜复合,制备出
膜电极。
பைடு நூலகம்
燃料电池的测试项目与标准
燃料电池系统的组成
燃料供应系统
负责为燃料电池提供适量的 燃料,如氢气或甲烷等。
氧化剂供应系统
为燃料电池提供氧化剂,如 空气或纯氧。
电极反应系统
由阳极、阴极和电解质组成 ,是燃料电池的发电核心。
热管理系统
用于控制燃料电池的温度和 热量,保证其稳定运行。
控制系统
监控燃料电池的工作状态, 控制各系统的运行。
发和应用。
工业领域
用于发电、热电联产等 工业生产过程,以及工
业设备的动力源。
航空航天领域
用于航空航天设备的动 力源,如无人机、火箭
发动机等。
燃料电池的市场前景与发展趋势
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