燃料电池的研究与进展毕业答辩幻灯片

1、燃料电池的应用与发展燃料电池的应用与发展 答答 辩辩 人：人： 专专 业：化学工程与工艺业：化学工程与工艺指指 导导 教教 师：师： XxXx大学大学xxxx专业本科毕业设计专业本科毕业设计汇报提纲汇报提纲 概述概述燃料电池的工作原理和发展前景燃料电池的工作原理和发展前景 燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 结论结论 燃料电池是一种电化学的发电装置，等温的按电化学方式，燃料电池是一种电化学的发电装置，等温的按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，正在成为

2、理想的制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，正在成为理想的能源利用方式。能源利用方式。 什么是燃料电池？什么是燃料电池？第第 1 章章 概述概述 发展历程发展历程50年代受到我国科学家的高度重视年代受到我国科学家的高度重视 70年代国内曾兴起一次燃料电池的研究热潮年代国内曾兴起一次燃料电池的研究热潮90年代初，我国燃料电池的研究兴起了第二次热潮年代初，我国燃料电池的研究兴起了第二次热潮 第第2 2章章 燃料电池的工作原理和发展前景燃料电池的工作原理和发展前景 2.2 燃料电池的分燃料电池的分类类低温型（低温型（120) 中温型（中温型（120260 ）工作温度工作温度燃料电池燃料电池高温型

3、高温型(260750) 超高温型超高温型(7501200) 碱性燃料电池碱性燃料电池(AFC) 磷酸燃料电池磷酸燃料电池(PAFC) 质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(PEMFC) 熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池(SOFC) 直接型直接型 间接型间接型 再生型再生型 电解质电解质种类种类燃料处理燃料处理方式方式 2.2.1高温型燃料高温型燃料电池电池 为排热提供了为排热提供了更多的灵活性更多的灵活性 成倍地降低成倍地降低使用期限成本使用期限成本 对燃料表现对燃料表现出高度灵活性出高度灵活性 对对CO2完全完全没有限制没有限制 不需要使

4、用不需要使用贵金属来贵金属来催化电化学催化电化学反应反应 特点特点第第2 2章章 燃料电池的工作原理和发展前景燃料电池的工作原理和发展前景 2.2.2 中温型燃料中温型燃料电池电池 磷酸类燃料电池磷酸类燃料电池(PAFC) 最具有先进技术的最具有先进技术的燃料电池燃料电池未能实现商业化未能实现商业化 Why?电效率最高为电效率最高为40，超过维修期限后会降到，超过维修期限后会降到35甚至更低水平。甚至更低水平。 有些试验性的设备未能达到顶期的性能水平。有些试验性的设备未能达到顶期的性能水平。美国和日本政府大幅度削缩用于美国和日本政府大幅度削缩用于PAFC技术研究和开发的投资。技术研究和开发的投

5、资。从迄今积累的经验及在改善设计参数和降低产品成本方面的潜力来看，让从迄今积累的经验及在改善设计参数和降低产品成本方面的潜力来看，让PAFC技术成功地跻身于当今的市场中的可能性是极低的。技术成功地跻身于当今的市场中的可能性是极低的。第第2 2章章 燃料电池的工作原理和发展前景燃料电池的工作原理和发展前景 2.3 燃料电池的优燃料电池的优点点易于建设易于建设 负荷调节灵活，负荷调节灵活，可靠性高可靠性高 燃料范围广燃料范围广 噪音低噪音低 比能量高比能量高 环境污染小环境污染小 发电效率高发电效率高 优点优点第第2 2章章 燃料电池的工作原理和发展前景燃料电池的工作原理和发展前景 2.4 燃料电

6、池商业燃料电池商业化前景化前景 德国南方化学公司开发一种用于燃料电池的催化剂产品。德国南方化学公司开发一种用于燃料电池的催化剂产品。杜邦公司成立了燃料电池业务部门杜邦公司成立了燃料电池业务部门埃克森埃克森-美孚公司正致力于开发能把液态烃和氧化烃转变为氢气的低成本清洁工艺美孚公司正致力于开发能把液态烃和氧化烃转变为氢气的低成本清洁工艺 第第2 2章章 燃料电池的工作原理和发展前景燃料电池的工作原理和发展前景 中国燃料电池的发展前景中国燃料电池的发展前景 石油资源日益枯竭，以煤气及天然气为直接燃料的石油资源日益枯竭，以煤气及天然气为直接燃料的MCFC及及SOFC是一种适合国情的具有长远意义的选择。

7、是一种适合国情的具有长远意义的选择。城市汽车尾气污染问题严重，发展电动汽车是解决这一问题的重要手段城市汽车尾气污染问题严重，发展电动汽车是解决这一问题的重要手段 国外燃料电池的发展前景国外燃料电池的发展前景 第第3 3章章 燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 3.1 碱性燃料电池碱性燃料电池(AFC) 的研究简况的研究简况磷酸型燃料电池磷酸型燃料电池(PAFC) 最早开发的燃最早开发的燃料电池技术料电池技术中国科学院大连化学物理研究所早在中国科学院大连化学物理研究所早在60年代就开始研究碱性石棉膜型燃料电池。年代就开始研究碱性石棉膜型燃料电池。 天津电子部十八所天津电子部十八所1

8、958年即开始了达夫疆年即开始了达夫疆(Davt jan)型燃料电池的研制型燃料电池的研制 武汉大学于武汉大学于1965年与汉口长江电源厂合作研制了锌空气电池年与汉口长江电源厂合作研制了锌空气电池复旦大学曾于复旦大学曾于70年代与上海蓄电池厂合作研究碱性石棉膜型燃料电池，年代与上海蓄电池厂合作研究碱性石棉膜型燃料电池， 厦门大学于厦门大学于70年代开发了高性能缺水型氧电极和喷涂式氧电极年代开发了高性能缺水型氧电极和喷涂式氧电极 天津大学等也曾开展过空气电极等方面的研究工作并取得了许多成就天津大学等也曾开展过空气电极等方面的研究工作并取得了许多成就 3.2 质子交换膜燃料电质子交换膜燃料电池池(

9、PEMFC)的研究简况的研究简况 中国科学院大连化学物理所于中国科学院大连化学物理所于1993年研制成工作年研制成工作面积为面积为140cm2的单体电池的单体电池清华大学核能技术设计院清华大学核能技术设计院1993年研制出改进年研制出改进石棉集流板的加工工艺，石棉集流板的加工工艺，天津大学于天津大学于1994年主要研究催化剂和电极的年主要研究催化剂和电极的制备工艺。制备工艺。长春应用化学研究所于长春应用化学研究所于1990年已制造出年已制造出100WPEFC样机，样机，1994年又率先开展直年又率先开展直接甲醇质子交换膜燃料电池的研究工作。接甲醇质子交换膜燃料电池的研究工作。 第第3 3章章

10、燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 3.3 固体氧化物燃料电固体氧化物燃料电池（池（SOFC）的研究简）的研究简况况 1971年，中国科学院上海硅酸盐研究所年，中国科学院上海硅酸盐研究所研究研究SOFC电极材料和电解质材料。电极材料和电解质材料。 1991年，中国科学院化工冶金研究所制成了年，中国科学院化工冶金研究所制成了管式和平板式的单体电池管式和平板式的单体电池 第第3 3章章 燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全固

11、态能量转换装置，具有一般燃料电池的结构。固态能量转换装置，具有一般燃料电池的结构。 华南理工大学于华南理工大学于1992年组装了管状单体电池年组装了管状单体电池 1994年，中国科学院山西煤炭化学研究所年，中国科学院山西煤炭化学研究所制成稳定和致密的氧化锆电解质。制成稳定和致密的氧化锆电解质。 3.4氢燃料电池氢燃料电池(RFC)研究简况研究简况 氢燃料电池以氢燃料电池以氢气氢气为燃料，与氧气经电化学反应后透过质子交换膜产生电能。为燃料，与氧气经电化学反应后透过质子交换膜产生电能。 60年代，氢燃料电池就已经成功应用于航天领域。年代，氢燃料电池就已经成功应用于航天领域。“阿波罗阿波罗”飞船安装

12、了此装置飞船安装了此装置70年代至今，在发电、电动车和微型电池方面的应用开发取得了许多成果年代至今，在发电、电动车和微型电池方面的应用开发取得了许多成果德国已陆续推出了各种燃氢汽车德国已陆续推出了各种燃氢汽车 我国在广东汕头南澳岛建立了电动汽车试验区我国在广东汕头南澳岛建立了电动汽车试验区体积小、容量大、无污染、发电效率高、寿命长体积小、容量大、无污染、发电效率高、寿命长优点优点挑战挑战制造氢气的方法不理想，有待研究开发制造氢气的方法不理想，有待研究开发 第第3 3章章 燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 3.5 直接甲醇燃料电池直接甲醇燃料电池(DMFC)研究简况研究简况(1)

13、(1)野外作业或军事领域的便携式移动电源；野外作业或军事领域的便携式移动电源；(2)50(2)501000kW1000kW的固定式发电设备；的固定式发电设备；(3)(3)未来电动汽车动力源；未来电动汽车动力源；(4)(4)移动通讯设备电源。移动通讯设备电源。直接以直接以甲醇甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池通常称为直接甲醇燃料电池为燃料的质子交换膜燃料电池通常称为直接甲醇燃料电池(DMFC)(DMFC)。 应用范围广应用范围广 第第3 3章章 燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 3.6熔融碳酸盐燃料熔融碳酸盐燃料电池电池(MCFC)研究简况研究简况 北京科技大学等单位在进行北京科技大

14、学等单位在进行MCFC电极材料的研究以及不锈钢改质及表面改性的研究。电极材料的研究以及不锈钢改质及表面改性的研究。19871991年，电力部哈尔滨成套设备研究所开展了年，电力部哈尔滨成套设备研究所开展了MCFC的探索性研究。的探索性研究。 上海交通大学与日本中央电力研究所合作进行上海交通大学与日本中央电力研究所合作进行MCFC的研制并引进了的研制并引进了MCFC的评价装置的评价装置1999年，国家电力总公司对中国燃料电池示范电站的建立及燃料电池电站年，国家电力总公司对中国燃料电池示范电站的建立及燃料电池电站研制开发将会起到巨大的推动作用。研制开发将会起到巨大的推动作用。1958年，天津电源研究

15、所以煤气为燃料，空气为氧化剂开展了年，天津电源研究所以煤气为燃料，空气为氧化剂开展了MCFC的最初研究的最初研究 第第3 3章章 燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 3.7磷酸燃料电池磷酸燃料电池(PAFC)研究简况研究简况 PAFC在中国是空白。由于该项燃料电池在国外已商品在中国是空白。由于该项燃料电池在国外已商品化，今后将主要是引进成套电池系统进行实地演示。据化，今后将主要是引进成套电池系统进行实地演示。据称称1998年底中国政府与日本年底中国政府与日本NEDO协议，共同出资引进协议，共同出资引进东芝公司东芝公司250kWPAFC电池系统，在中国进行示范演示电池系统，在中国进行示范演示 第第3 3章章 燃料电池的应用和研究进展燃料电池的应用和研究进展 从最初的仅限于理论研究到现在人们开始关注从最初的仅限于理论研究到现在人们开始关注环保和可持续发展而大力开发