《新能源发电技术》课件-燃料电池 项目5：氢能与燃料电池

时间:2022年第八章燃料电池目录发展历史工作原理、特点系统构成分类、应用冬奥会氢能的利用2022年冬奥会播放视频广义的氢储能是指把任意形式的能量转换成氢气的化学能，以氢气的形式进行存储。狭义的氢储能是指将太阳能、风能等清洁能源发出的电能或夜间电网的过剩电能，通过电解水制取氢气，通过储氢罐存储，之后由燃料电池发电技术等实现氢气的利用。常规的电池储能是电能与电能的转换，而氢储能是电能与氢气的转换。同时，氢储能相对于电池储能和其他传统储能方式，具有一定比较优势：电池储能主要适用于小功率、短周期、分布式储能，氢储能更适用于长周期、大规模、集中式储能。在大规模储能方面，氢储能相对于电池储能的成本优势明显。氢储能燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和核能发电之后的第四种发电技术。燃料电池一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气、天然气等燃料作为负极，用空气中的氧作正极。与一般电池的区别在于般电池的活性物质是预先放在电池内部的，电池的容量取决于贮存的活性物质的量，而燃料电池的活性物质是在反应时源源不断的输入的，因此它只是一个能量转换装置。燃料电池01燃料电池的发展史20世纪60年代GE（通用电气）资助了PEMFC质子交换膜燃料电池的研究，用磺化聚苯乙烯离子交换膜代替硫酸做电解质，使酸性燃料电池升级为全固态结构，随后他们又发现可以将催化剂铂直接制备到膜上，进一步紧凑燃料电池结构。1959英国剑桥大学的培根（Bacon）教授用高压氢、氧气体演示了功率为5千瓦的燃料电池，工作温度为150℃。随后建造了一个6千瓦高压氢氧燃料电池的发电装置，这是第一个碱性燃料电池系统。1839-1842英国物理学家威廉.葛洛夫刊登了燃料电池理论，并设计了燃料电池的草图，被称为燃料电池诞生之年1838德国化学家尚班提出，并刊登在当时著名的科学杂志。20世纪40年代英国工程师弗朗西斯·托马斯·培根改用液体氢氧化钾为电解液，多孔镍作为电极，扩大了适用催化剂种类。1955NASA的双星子计划使用了通用电气的质子交换膜燃料电池（酸性）。1968-1972美国阿波罗登月计划使用的碱性燃料电池总重100kg，总功率1.5kW，电极面积约700平方厘米。从1968年到1972年，12次飞行任务内燃料电池没有出现任何事故1973年以后为降低对石油的依赖，人们对燃料电池动力在地面应用的重新兴趣。截止到目前经过不懈的努力，一种清洁的，可再生的能源最终变成了事实。02燃料电池的工作原理加氢—催化—运动—放电—排水集流体03燃料电池的构成03燃料电池的构成04燃料电池的分类不受卡诺循环效应的限制，因此能量转换效率高05来源多样化排放出的有害气体极少132寿命长，无机械振动、低噪音、低热辐射4燃料电池的特点-优点过载能力强5成本高，经济且无污染的制氢技术还存在难点05稀有金属铂储量不够氢燃料的供应还有大量的技术问题有待解决132燃料电池的特点-缺点电动汽车06固定式电源便携式设备132燃料电池的应用领域我国在整车、系统和电堆方面均已有所布局，但零部件方面的相关企业仍较少，特别是最基本的关键材料和部件，如质子交换膜、碳纸、催化剂、空压机、氢气循环泵等；国内虽有相关企业开始介入，但与国际先进产品相比，可靠性和耐久性仍存在较大差距，大部分关键零部件及关键材料仍依赖进口。燃料电池汽车虽然发展迅速，但从商业化要求角度，中国车用燃料电池技术上仍然存在一定差距，未来需加强对以下几个方面的布局：1）提高燃料电池电堆性能与比功率。目前，国内燃料电池车电堆的功率级别还普遍偏低。国内车用燃料电池堆主要以30～50kW为主，与国际上乘用车的燃料电池功率级别100kW左右相差甚远。2）提高燃料电池的耐久性。提高燃料电池堆及系统的耐久性，是燃料电池商业化的前提。目前，提高系统控制策略是提高燃料电池车耐久性的有效途径之一。3）降低燃料电池的成本。建议要发展低成本的材料与部件，例如低Pt催化剂与膜电极、低成本的双极板和系统部件，并实现量产，以降低电堆与系统成本。4）加强关键材料与核心部件批量