燃料电池种类工作原理及结构ppt

1、燃料IsixsixTX XT XIX XTX XT% XTX XTX XjX TX jX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 性输廣一旦滴薙完,曲池的寿命就终止。燃料电池的组成燃料电池是一个复杂的系统,由燃料和氧化剂供 给系统,水管理系统,热管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，

2、分别充满电解液，而两个电那 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。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

3、。、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4生燃料电池弄口碱彳生燃料电池2.按电解质的种类不同f有酸性.碱性.熔融盐类或固体电解质2. 1碱性燃料电池(AFC)2. 3磷酸燃料电池jPAFC)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)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 类型电池磷酸型燃 料电池质子交换 膜燃料电 池熔融碳酸 盐燃料电 池固体氧化物燃料电英文简称电解质AFCPA

4、FCPEMFCMCFCSOFC燃料氧化剂使用温度氢氧化钾 溶液磷酸质子渗透 膜碳酸钾纯氢天然气,氢甲醇.天然气天煤宅沼 然气纯氧60%90%空宅空宅空宅37%42% 43%58% 50%60120 160220 60120 6001000空宅50%65%6001000主要为空间E O 种水 -用 的饮 快和 霁 展动 发供 术提 技机 亥飞碱性务作1.1碱任工启核定4:4+ O2o H二 -/ - -IA- f/JMr?2 f 使低是的们型 它泡匕小 电，于 毗卷用 療不可 。膜。此 yc蛊因 8交笨/ 约池 大HSW SS 温却显- 篦用的1+込&R中最质解 02畳汽成电应应-85卷

5、化, 的反反应燃：生置交氧氧钾20+1催盂 染料反 污原质 費解 对电 池外钾 电此化 料燃感氢 id®与 »吊能 非碳O 样也化能 -itt 池杂一的 SS 81 1 低 膜碳碳降探奮理用醪反ffiu子酸 淞然原使阳阴总®池电碳 也占发H 动毎定如化能生阳极反应：ZVXAA2H2 + 4OH- -> 4 H2O + 4e- 阴极反应：02 + 2H2O + 4e-> 4OH 总反应：O2+2H2 -2H2O斗 気电极Hz65Ji2OmiownlDDIW MlmltFmlrmlllilnll 一h:+h2o饰洛KOH的石棉膜碱性氢氧燃料电池工作原理图I

6、氫电极0电池桩架離电扱10-8碱性燃料电池的结构（自由电解质型）42.2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°C。!1!1!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150220°C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

7、电量最大的一种燃料电池。PAFC的工作原理阳极反应：H22H+2e-阴极反应：1/2O2+2H+2e- ->H20总反应1/2O2+2H2 ->H20PAFC的结构由多节单电池按压滤冷却板水板离子膜机方式组装构成电池 组。PAFC的工作温 度一般为200°C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°Co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

8、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；：MCFC的工作温度为650-700°C,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；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；催化剂为镰合金，不使用贵金属。MCFC的工作原理MCFC的阴极反应：O2+2CO2+4e->2CO32-阳极反应：2H2+2CO32- ->2CO2+2H2O+4e-电池反应：O2+2H2 ->2H2OMolten carbonateElectrical cuxrer>tWater arid

9、 heat outAnod-e)CathocaLledrolyleMCFC的工作原理Oxygar nCarbondioxine inMCFC的结构阴极岀气口阳极岀气口阴极极板 百“阴极进气口穿孔集流板阴极隔膜阳极穿孔集流板°、阳极进气口阳极极板24质子交换膜燃料电池(PEMFC )2.41质子交换膜燃料电池简介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,阳极为氢燃料发生氧化的场所,阴极为氧化剂还原的场所,两极都含有加速电

10、极电化学反应的催化剂,质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极,阴极为电源正 极。1PEMFC的工作原理阳极反应:H22H+2e-阴极反应:1/2O2+2H+2e-H20 电池反应:H2+1/2O2 ->H20PEMFC的电极常被称 为膜电极组件，它是 指f质子交换膜和其两 侧各一片多孔气体扩 散电极（涂有催化剂 的多孔碳布）组成的 阴、阳极和电解质的 复合体。fib c a c fraU双极板曲 扩懺层“-催化剖层“卜质交悅轅图10-19膜电极结构示意图 25固体氧燃料电池（SOFC ）251固体氧化物燃料电池简介化生极 氧产阴 极便到 阳使回 到1返 訓物勒 移

11、合移 极混路O 阴的剜环 从碳部循 子化外國 X离氧过完 Art/- / - /S- - %ta- 1 対化燃电好电僅而J±当和子从- -瓷固稼能因池它质100中是的氧- 、丿 丿 4 I 1 « f 1 J4 / 1111 子一耒料高电I0-电主生入 化會电与期理物还陶于燃体喪囉在柜钻和固池箱 称暮是叮料建化工 筍UT友为理 Ii§i5o°c?iw其 e-aw认觴解的)00燃的。 ell谒養嶋电应10盐定质 ce冲普el曜效被溜用约碳g电 FU利高MF是EWS化体 eF能置EIV的要温曹液 id曰母異番需任浴用用 6%电池采们工比如使 dJte的发电。他的度诸用| -1!-、？： 011巻子料池。池温用不涧氧一通而 化燃电好电僅而:±当和子从 池燃化态畀勢工们比，氢电, 电-料三和全交律电，解10池要成的 物轅能需1 標要瓷80料C极进 化薯电与剧理物还陶于燃体眼 氧C)爲会应化处化度态位墓。减 体OF第来醤臺温固度这料量, so醤未普石过态的等温在燃能上SOFC的工