质子交换膜燃料电池调研报告

2023〔论文〕实习〔调研〕报告3调研报告21等多领域的应用取得格外有意义的进展。国际燃料电池技术的进展状况兴旺国家都将大型燃料电池的开发作为重点争论工程，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的争论与开发，现在已取得了很多重要成果，使得燃料电池马上取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。值得留意的是这种重要的型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供给、电网调峰问题，2MW、4.5MW11MW业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些兴旺国家建成。燃料电池的进展创将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的制造普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的进展转变了人们生活习惯的信息革命。燃料电池的高效率、无污染、建设21如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为电方式。燃料电池技术在国外的迅猛进展必需引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。中国燃料电池技术的进展状况中国早在池关键材料、关键技术的创方面取得了很多突破。中国政府格外留意燃料电池的争论开发，间续开发出百瓦级-30kW动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了快速发展，开发出60kW75kW等多种规格的质子交换膜燃料电池组，开发出电动轿车用净输出100kW燃料电池技术跨入世界先进国家行列。替代品是当务之急。由于氢能的优势明显，清洁、高效，因此得到各国政府的大力支持，加上各种能源动力企业对燃料电池的进展信念十足，所以燃料电池将来市场将有巨大的上升空间。术进步与规模经济效益，燃料电池的生产本钱与使用本钱将下降，竞争力提高，燃料电池潜在的市场将会逐步进展起来。现在对于便携式燃料电池的需求相当少，但便携式燃料电池市场将是从现在到 甚至更长时间增长最快的市场。应用于消费电子产品的燃料电池系统在最近几年中就会商业化。然连电池的优点(1)高效燃料电池按电化学原理等温地直接将化学能转化为电能。它不通过热机过程，因此不受卡诺循环的限制。在理论上它的热电转化效率可达85%～90%。但40%～60%80%以上。(2)环境友好40%以上，这对缓解地球的温室的化学反响产物仅为水,从根本上消退了氮的氧化物、硫的氧化物及二氧化碳等的排放。安静40kW4.6m60dB4.5MW11MW55dB牢靠性高生的恶性事故。燃烧电池系统发生的唯一事故就是效率降低。敏捷性模无关，可依据用户需求而增减发电容量。燃料的缺点来看，燃料电池仍有很多缺乏之处，使其尚不能进入大规模的商业化应用。主要归纳为登记几个方面：市场价格昂贵；高温时寿命及稳定性不抱负；燃料电池技术不够普及；没有完善的燃料供给体系。离子导体，如以氧化钇稳定的氧化锆膜为电解质。100℃)燃料电池；它包括碱性与质子交换膜燃料电池；中温燃料电池(工作温度在100～300℃)，它包括培根型碱性燃料电池和磷酸型燃料电池。高温燃料电池(工作温600～1000℃)，它包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。电池类型碱性燃料电3-1主要燃料电池及其特性磷酸燃料电 质子交换膜熔融碳酸盐固体电解质池AFC池PAFC 燃料电池PEMFC电池MCFC电池SOFC工作温度50～200℃150～220℃ 60～80℃600～700℃900～1050℃燃料H2H2 H2H2-COCH4H2-COCH4氧化剂O2空气 空气空气+CO2空气电解质KOHH3PO4 质子交换膜(K,Li)2CO3Y2O3,ZrO2阳极催化PtPt PtNiNi,ZrO2剂阴极催化剂PtPt PtNiOLa-Sr-MnO2应用共发电，轻 电站机动车便电源 辆便携电源共发电共发电电能对于一个氧化复原反响，如：[O]+[R]→P[O]代表氧化剂，[R]代表复原剂，P代表反响产物。[O]的复原反响，一[R]e-代表电子，即有：[R]→[R]++e-[R]++[O]+e-→P[R]+[O]→P阳极过程为：H→2H++2e-2阴极过程为：1/2O+2H++2e-→HO2 2总反响为：H+1/2O=HO2 2 2构成燃料电池的关键材料与部件包括：电极、隔膜与双极板。电极0.2～0.5mm。它通常分为两层。一层为集中层或称支撑层，它由导电多孔材料制备，起到支撑催化剂层、收集电流与传导气体和反响产物(如水)厚度仅为几微米至数十微米。早期为满足特别要求，有时0.2～0.5mm厚的电极性能、电极材料的选择与电极的制备技术。隔膜氢氧化钾磷酸和熔融的锂——钾碳酸盐)靠毛细力浸入膜的孔内，其导电离子为2023〔论文〕实习〔调研〕报告膜材料与其制备技术。双极板〔如氢和氧)均匀安排到电极各处，再传送到电极催化剂层进展电化学反响。双极板板涉及的关键技术是材料的选择、流体流淌的流场设计与其加工技术。质子交换膜燃料电池发电机理质子交换膜燃料电池(PEMFC)由假设干单电池串联而成。单电池由外表涂有催理如下图反响为：阳极过程为：H→2H++2e-2阴极过程为：1/2O+2H++2e-→HO262023〔论文〕实习〔调研〕报告11总反响为：H+1/2O=HO2 2 2由总反响式可以看出，PEMFC在发电的同时还产生了纯水。质子交换膜燃料电池的主要特点加工取得，来之不尽、取之不竭。纯水。(4)能源转换效率高。因其工作温度低，能耗少，能源转换效率理论上可高80%，50%～60%。置，只要不断供给原料就可连续发电，而且电性能稳定。21十大高科技之首。世界先进国家纷纷投入巨大人力、财力研制开发这一技术。双极板的功能与要求双极板是质子交换膜燃料电池的一个很重要的课题，由于这类电池的MEA80%的质量。双极板的功能在于收集电流并将其从一个电池的阳极传导到下一个电池的阴极，同时在阳极外表均匀地安排燃料气体，在阴极外表均匀安排氧气/空气。于电池的密封。出如下：·电导率必需>10S·cm-1；·必需在接触酸性电解质、氧气、氢气和潮湿的条件下都具有抗腐蚀力量；·必需具有肯定的硬度，弯曲强度>25MPa；·价格尽可能低廉。双极板材料还必需能满足下述可加工性要求：·为了取得最小的电堆体积，双极板必需尽可能的薄；·为了降低电堆质量，双极板必需很轻；·生产循环周期必需足够短。双极板的材料双极板材料的选择一般考虑到如下几点:电池环境下的化学稳定性及抗腐蚀材料的强度。目前广泛争论中的材料可大致分为以下几类：(1)石墨材料；(2)(3)金属。石墨材料阻小，因而，常被用作开发其它材料双极板的参照体系[3]。但是，石墨的孔隙墨双极板的实际应用。复合材料复合双极板是承受薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，厚度很薄，墨油毡作为流场板。这样，不但可以提高电池组的体积比功率和重量比功率，而且结合了石墨板和金属板的优点。但，现今的双极板产量还较低，因此在昂贵的注射机器设备及模具方面投资还具有肯定的风险[4]。而且，这种材料能否在电池工作环境中仍能长期的保持机械、化学稳定仍未知。金属材料金属材料是被争论最多的双极板材料，与石墨相比，具有更好的机械性能，更好的导电性且不透气，加工性能好。铝、不锈钢、钛、镍都是可选的材料。其〕关。镍，铬含量的增加可导致不锈钢外表氧化膜变薄，因而使电池性能提高，接触电阻降低。WangCr含量的影响，结果说明Cr含量越高，不锈钢外表越稳定。虽然多数争论结果说明，高合金钢〔特别是高铬，镍或钼〕化学气相沉积〔CVD〕等离子喷涂，溅射等手段在金属外表形成上述化合物是格外有进展前途的薄层金属板改性方法。PVD简介PVDPhysicalVaporDeposition的缩写，中文意思是“物理气相沉术。PVD镀膜技术的原理离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反响产物沉积在工件上。PVD的种类PVD的根本镀膜技术有真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜等真空蒸镀华，飞至工件外表分散成膜。溅射镀膜上沉积的技术。离子镀膜离子或被蒸发物质粒子轰击作用的同时，将蒸发物或其反响物沉积在基底上。有膜层附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等优点。PVD镀膜膜层的特点〔低摩擦系数〕、很工件的外观装饰性能。PVD镀膜与传统化学电镀〔水电镀〕的异同层的性能也更稳定；PVDTiNTiN观看恒电位极化后的外表形貌，分析其对TiN涂层不锈钢耐蚀性的影响；试验数据处理、完成论文。学校具备较完善的试验室和图书馆供学生使用。参考文献衣宝廉.燃料电池——原理·技术·应用.北京：化学工业出版社，2023.王林山,李瑛.燃料电池.北京：冶金工业出版社，2023.James[英]，朱红译.燃料电池系统——原理·设计·应用.北京：科学出版社，2023.孙秋霞.材料腐蚀与防护.北京：冶金工业出版社，2023.钱苗根姚寿山张少宗.现代外表技术.北京：机械工业出版社，2023.DaviesDP,AdcockPL,TurpinMetal.Stainlesssteelasabipolarplatematerialforsolidpolymerfuelcells,J.PowerSources,2023.WangH,SweikartMA,TurnerJA.Stainlesssteelasabipolarplatematerialforpolymerelectrolytemembranefuelcells.J.PowerSources,2023.SzuhuaWang,JinchyauPeng,WaibunLui.SurfacemodificationanddevelopmentoftitaniumbipolarplatesforPEMfuelcells.J.PowerSources,2023.MehtaV,CooperJS.Review andanalysisofPEMfuelcelldesignandmanufacturing.J.PowerSources,2023.KuzelRandCernyR.ComplexXRDmicrostructuralstudiesofhardcoatingsappliedtoPVD