燃料電池及其發(fā)展

1、9.1概述概述燃料電池能量效率燃料電池低噪聲圖圖9-3 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組成燃料預(yù)處理單燃料預(yù)處理單元元燃料電池單元燃料電池單元直交流變換單元直交流變換單元熱量管理和控制單元熱量管理和控制單元天然氣天然氣甲甲 醇醇重重 油油蒸餾油蒸餾油生物質(zhì)生物質(zhì)富氫富氫氣體氣體直流直流交流交流余余 熱熱空氣或純氧空氣或純氧Computer, Communication, Consumer Electronic Product （計(jì)算機(jī)類、通訊類、消費(fèi)類電子產(chǎn)品）（計(jì)算機(jī)類、通訊類、消費(fèi)類電子產(chǎn)品）210222lnOHOHPPanFRTEEnFSTEP 壓力系數(shù)壓力系數(shù)TpElg 一、一、

2、 燃料電池電動(dòng)勢(shì)燃料電池電動(dòng)勢(shì)HSTT 1CVTEVVmCii電池理論效率：電池理論效率：電流效率（法拉第效率）電流效率（法拉第效率）電壓效率電壓效率一、一、 燃料電池極化行為燃料電池極化行為其具體的反應(yīng)機(jī)理可能有如下幾種方式：其具體的反應(yīng)機(jī)理可能有如下幾種方式：在酸性溶液中：在酸性溶液中： 途徑一途徑一 途徑二途徑二在堿性溶液中在堿性溶液中： 途徑一途徑一 途徑二途徑二碳載碳載Pt-Ru二元催化劑目前是直接甲醇燃料電池最成功的催化劑。二元催化劑目前是直接甲醇燃料電池最成功的催化劑。其他一些添加金屬如其他一些添加金屬如Sn、Os、W、Mo等也具有一定的催化活性。等也具有一定的催化活性。 二電子

3、反應(yīng)途徑：二電子反應(yīng)途徑：一類是氧分子首先得到兩個(gè)電子還原為一類是氧分子首先得到兩個(gè)電子還原為H2O2， 然后再進(jìn)一步還原為水，常被稱為然后再進(jìn)一步還原為水，常被稱為“過氧化氫中間過氧化氫中間產(chǎn)物機(jī)理產(chǎn)物機(jī)理”。四電子反應(yīng)途徑：四電子反應(yīng)途徑：氧分子連續(xù)得到氧分子連續(xù)得到4個(gè)電子而直接還原為個(gè)電子而直接還原為水（酸性電解質(zhì)）或水（酸性電解質(zhì)）或OH-（堿性電解質(zhì)），常被稱為（堿性電解質(zhì)），常被稱為“直接還原機(jī)理直接還原機(jī)理”。圖圖2-8 鉑電極從鉑電極從4mol/LH2SO4溶液中溶液中提出對(duì)氫氧化電流的影響提出對(duì)氫氧化電流的影響圖圖2-9 電極上的薄膜電極上的薄膜0nFDcjd氣體擴(kuò)散電極的

4、基本特點(diǎn)氣體擴(kuò)散電極的基本特點(diǎn):極限電流密度比全浸沒式電極大為增加極限電流密度比全浸沒式電極大為增加高效氣體電極高效氣體電極大量薄液膜大量薄液膜:氣體容易到達(dá)氣體容易到達(dá)且與本體溶液連通較好且與本體溶液連通較好圖圖2-10 雙層電極示意圖雙層電極示意圖 圖圖2-11 微孔隔膜電極微孔隔膜電極圖圖 2-12 疏水電極示意圖疏水電極示意圖3.氣體擴(kuò)散電極中電流分布?xì)怏w擴(kuò)散電極中電流分布思考：思考： 高效氣體電極特點(diǎn)？氣體擴(kuò)散電極分為幾種？高效氣體電極特點(diǎn)？氣體擴(kuò)散電極分為幾種？其理論基礎(chǔ)？其理論基礎(chǔ)？圖圖9-9堿性燃料電池憎水電極堿性燃料電池憎水電極OHCOOHCO22322CO2的影響：的影響：

5、圖圖9-10磷酸燃料電池結(jié)構(gòu)和工作原理磷酸燃料電池結(jié)構(gòu)和工作原理電流電流氫氣氫氣水水氧氣氧氣陽極陽極陰極陰極磷酸磷酸負(fù)載負(fù)載H 9.5 PEMFC(-) H2(或含有CO2的重整氣)|全氟磺酸固 體聚合物電解質(zhì)|O2(或空氣)(+) The figure illustrates a typical performance curve for a stack in a nominal 250-Wattsystem. This stack, shown in the figure has an active area of 77 cm2 per cell centimeter. Hydrogen

6、is the fuel and the air is at atmospheric pressure.This unit was assembled to fit within the dimensions of military Battery BA-5590 (see Sec. 6.4.2). The fuel cell is rated at approximately 20 Watts continuous and 40 Watts peak. The canister delivers hydrogen for about 110 Watt-hours of operation at a specific energy of about 160 Wh/ kg. The specific energy of the overall system is about 75 Wh/ kg.On a vo