应用电化学课件-燃料电池

《应用电化学》

第二章电池

第五节燃料电池一燃料电池的起源1839年，由英国法官威廉葛洛夫(WilliamGrove)在一次实验中意外发现了燃料电池的发电原理；但当時因为电极材料問題，使这項发明未受重视。1959年，法蘭西斯培根(FrancisT.Bacon)制作出一个5kW的燃料电池組，能夠推动高耗能电器，使这項技术得以走出实验室。其后使用氢气为燃料的碱性燃料电池(AFC)成功应用在航天飞机的电力供应系統；其产物是純淨的水，成为太空人饮用水的來源之一。二燃料电池的定义燃料电池（Fuelcell），是一种使用燃料进行化学反应直接产生电力的裝置。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。燃料的选择性非常高，包括氢气、甲醇、乙醇、天然气，甚至于現在运用最广泛的汽油，都可以做为燃料电池的燃料。

以特殊催化剂使燃料与氧发生反应，因不需推动涡轮等发电器具，也不需将水加热至水蒸汽再经散热变回水，所以能量转换效率高达70%~80%左右，足足比一般发电方法高出了40%以上。三燃料电池的种类依电解质的种类，一般可分为质子交换膜燃料电池（protonexchangemembranefuelcell,PEMFC）碱性燃料电池（alkalinefuelcell,AFC）磷酸燃料电池（phosphoricacidfuelcell,PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（moltencarbonatefuelcell,MCFC）固态氧化物燃料电池（solidoxidefuelcell,SOFC）直接甲醇燃料电池（directmethanolfuelcell，DMFC,PEMFC的延续）生物燃料电池目前主要的方式四工作原理（重点掌握内容）

－质子交换膜燃料电池燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。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。电极反应及电池总反应式：阳极(电池負极)半反应

H2

－2e-

→2H+阴极(电池正极)半反应

2H++½O2+2e-→H2O总反应

H2+½O2→H2OΔE=1.229V(latm、25℃)

【水电解的逆反应】H2

→2

H+

+2H2H+e-H+22+2e-+12O2H2O电解质O2阳极阴极提问：比较燃料电池与一次电池（干电池、锌银纽扣电池）、二次电池（铅酸蓄电池、镍镉/氢电池、锂离子电池）在工作原理上的差异及各电池的特征？①燃料做负极，助燃剂氧气为正极；②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用；⑤能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源；③氧化剂与还原剂在工作时不断补充；④反应产物不断排出；小结：⑥零污染。五燃料电池在应用上的优势低污染高效率无噪音用途广免充电燃料來源广燃料电池比一般发电方式更为清洁，若用氢气作为燃料，其排放物是可供饮用的水和可以利用的热能。发电主体无噪音问题，若需散热則有風扇的杂音。

燃料电池所能提供的电力范围广泛(1W~1000MW)，因此可应用的产品也多。

一般电池是將能源貯藏于电池本体中，待用完后即需舍弃或重新充电，以恢复电力。燃料电池的能源是由燃料中的化学能所提供，不含在电池本体結构中，因此只要燃料源源不断的供应，燃料电池便可以不停的发电。

只要含有氢原子的化学能源如天然气、石油、煤炭等气化产物，或是沼气、酒精、甲醇等，都可作为燃料电池的能源进料。

因为燃料电池直接將燃料中的化学能转换成电能，故不受卡诺循环的限制。

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