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燃料电池 -----02 级 1 班 张岩 1839 年, Wi11iam Grove 爵士通过将水的电解过程逆 转而发现了燃料电他的原理。他能够从氢气和氧气中获取 电能。由于氢气在自然界不能自由地得到,在随后的几年 中,人们一直试图用煤气作为燃料,但均未获得成功。 1866 年, Werner von.

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1 燃料电池 级 1 班 张岩 1839 年, Wi11iam Grove 爵士通过将水的电解过程逆 转而发现了燃料电他的原理。他能够从氢气和氧气中获取 电能。由于氢气在自然界不能自由地得到,在随后的几年 中,人们一直试图用煤气作为燃料,但均未获得成功。 1866 年, Werner von Siemens 先生发现了机一电效应。 这一发现启动了发电机的发展,并使燃料电池技术黯然失 色。直到 20 世纪 60 年代,宇宙飞行的发展,才使燃料电池 技术重又提到议事日程上来。出于对能保护环境的能源供 应的需求,激发了人们对燃料电池技术的兴趣。

2 燃料电池的原理 燃料电池是一个电化学系统。它将化学能直接转 化为电能且废物排放量很低。燃料电池由 3 个主要部分 组成:电能且废物排放量很低。燃料电池由 3 个主要部 分组成: 燃料电极(正极) 电解液 空气/氧气电极(负极) 其工作原理是:从正极处的氢气中抽取电子(氢 气被电化学氧化掉,或称 “ 燃烧掉了 ” )。这些负电子流 到导电的正极,同时,余下的正原子(氢离子)通过 电解液被送到负极。 在负极,离于与氧气发生反应并从负极吸收电子。 这一反应的产品是电流、热量和水。

3 燃料电池的分类 ( 1 )碱性燃料电池( AFC ) ( 2 )质子交换膜燃料电池( PEMFC ) ( 3 )磷酸燃料电池( PAFC ) ( 4 )熔融碳酸燃料电池( MCFC ) ( 5 )固态氧燃料电池( SOFC )

4 质子交换膜燃料电池( PEMFC ) 质子交换膜燃料电池 以磺酸型质子交换膜为 固体电解质, 无电解质腐 蚀问题,能量转换效率 高,无污染,可室温快 速启动。质子交换膜燃 料电池在固定电站、电 动车、军用特种电源、 可移动电源等方面都有 广阔的应用前景,尤其 是电动车的最佳驱动电 源。它已成功地用于载 人的公共汽车和奔驰轿 车上。

5 再生氢氧电池 ( AFC ) 再生氢氧燃料电池将水 电解技术 ( 电能 +2H2O→2H2+O2) 与氢氧燃 料电池技术 (2H2+O2→H20+ 电能 ) 相结合, 氢氧燃料电池 的燃料 H2 、氧化剂 O2 可通 过水电解过程得以 “ 再生 ”, 起 到蓄能作用。可以用作空间 站电源。

6 熔融碳酸燃料电池( MCFC ) 熔融碳酸盐燃料电池是由 多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解 质隔膜、多孔金属阳极、金属 极板构成的燃料电池。其电解 质是熔融态碳酸盐。 反应原理示意图如下: 阴 极: O2 + 2CO2 + 4e - →2CO32- 阳 极: 2H2 + 2CO32- → 2CO2 + 2H2O + 4e– 总反应: O2 + 2H2 → 2H2O

7 固态氧燃料电池( SOFC ) 固体氧化物燃料电池采用固体氧 化物作为电解质,除了高效,环境友 好的特点外,它无材料腐蚀和电解液 腐蚀等问题;在高的工作温度下电池 排出的高质量余热可以充分利用,使 其综合效率可由 50% 提高到 70% 以上; 它的燃料适用范围广,不仅能用 H2 , 还可直接用 CO 、天然气(甲烷)、 煤汽化气,碳氢化合物、 NH3 、 H2S 等作燃料。这类电池最适合于分散和 集中发电。

8 燃料电池汽车最有前途 严格说来,新能源汽车应该是可以使用新的可再生能源的汽 车,其中就有电动汽车和燃料电池汽车,这些汽车使用的能源 可以由太阳能等其他可再生资源转化来,而且能量的转化效率 高。现在有一些技术问题需要克服,但是人类必将克服这些技 术问题。所以燃料电池汽车和电动汽车是未来最有前途的汽车。 而可再生的生物燃料,如乙醇或生物柴油也可以用在汽车上, 而且由于可以与现有传统汽车的发动机有较好的兼容性,所以 是非常有前途的燃料。同样的还有使用氢气内燃机的汽车,由 于仍然要通过燃烧来实现能量的转化,所以能量转化效率较低


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