燃料电池资料 燃料电池概述 质子交流膜型燃料电池(PEMFC)资料 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)资料 固态氧燃料电池（SOFC）资料 燃料电池的远景与应战 1 燃料电池概述 燃料电池（fuel cell）是一个电池本体与燃料箱组 合而成的动力设备。燃料电池具有高能效、低排放 等特色，近年来受到了遍及注重，在许多范畴展现 了宽广的运用远景。上个世纪60-70年代期间，美 国“Gemini”与“Apollo”世界飞船均选用了燃料 电池作为动力源，证明了其高效与可行性；燃料的 选择性十分高，包含纯氢气、甲醇、乙醇、天然气 ，甚至于现在运用最广泛的汽油，都能够做为燃料 电池燃料。这是现在其他一切动力来历无法做到的 。以氢为燃料、环境空气为氧化剂的质子交流膜燃 料电池(PEMFC)体系近十年来在车上成功地进行了 演示，被以为是后石油年代人类处理交通运输用动 力源的可选途径之一。 再生质子交流膜燃料电池(RFC)具有高的比能量 ，近年来也得到航空航天范畴的广泛重视；直接甲醇 燃料电池(DMFC)在电子器件电源如笔记本电脑、手 机方面等得到了演示，现已进入到了商业化的前夜； 以固体氧化物燃料电池(SOFC)为代表的高温燃料电 池技能也取得了很大的开展。可是，燃料电池技能还 处于不断开展进程中，燃料电池的可靠性与寿数、成 本与氢源是未来燃料电池商业化面对的首要技能应战 ，这些也是燃料电池范畴研讨的焦点问题。 1.1 开展前史 ? 1839年，Grove所进行的电解效果试验——运用 电将水分解成氢和氧。 ? 第一个碱性燃料电池。 ? 1866年，制作出了能作业的燃料电池。 ? 20世纪60年代，世界飞翔的开展，才使燃料电池 技能重又说到议事日程上来。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能 的爱好。 1.2 燃料电池作业原理 阳极反响 2H2+4OH-→4H2O+4e阴极反响 4e-+O2+2H2O →4OH总反响 2H2+O2 → 2H2O 燃料电池通过氧与氢结组成水的简略电化学反响 而发电。燃料电池的根本组成有：电极、电解质、 燃料和催化剂。二个电极被一个坐落这它们之间的、 带着有充电电荷的固态或液态电解质分隔。在电极 上，催化剂，例如白金，常用来加快电化学反响。 上图为燃料电池根本原理示意图。 1.3燃料电池的分类 （1）碱性燃料电池（AFC） （2）质子交流膜燃料电池（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） 1.4 质子交流膜燃料电池（PEMFC） 质子交流膜燃料电池以磺 酸型质子交流膜为固体电解 质,无电解质腐蚀问题，能量 转化功率高，无污染，可室温 快速发动。质子交流膜燃料电 池在固定电站、电动车、军用 特种电源、可移动电源等方面 都有宽广的运用远景，特别 是电动车的最佳驱动电源。它 已成功地用于载人的公共 轿车和奔跑轿车上。 1.5 再生氢氧电池（AFC） 再生氢氧燃料电池将水电解技能 (电能+2H2O→2H2+O2)与氢氧燃料电 池技能(2H2+O2→H20+电能)相结合 ,氢 氧燃料电池的燃料 H2、氧化剂O2可通 过水电解进程得以“再生”, 起到蓄能作 用。能够用作空间站电源。 1.6 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 电解质隔阂、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。 反响原理示意图如下： 阴 极： O2 + 2CO2 + 4e- →2CO32阳 总反极应：：2HO22+＋2C2HO232→- →2H22COO2 + 2H2O + 4e– 1.7 固态氧燃料电池（SOFC） 固体氧化物燃料电池选用固体氧化物作为 电解质，除了高效，环境友好的特色外，它无材 料腐蚀和电解液腐蚀等问题；在高的作业温度下 电池排出的高质量余热能够充分利用，使其归纳 功率可由50%提高到70%以上；它的燃料适用范 围 广 ， 不 仅 能 用 H 2 ，还可直接用 C O 、 天 然 气 （甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S 等作燃料。这类电池最适合于涣散和会集发电。 1.8 燃料电池体系组成 独自的燃料电池堆是不能发电并用于轿车的，它必 需和燃料供应与循环体系、氧化剂供应体系、水/热管 理体系和一个能使上述各体系和谐作业的控制体系组成 燃料电池发电体系，简称燃料电池体系。 1 燃料电池组 2 辅佐设备和关键设备： (1)燃料和燃料储存器 (2)氧化剂和氧化剂存储器 (3)供应管道体系和调理体系 (4)水和热办理体系 2 质子交流膜型燃料电池资料 2.1 电催化剂 电催化 电催化是使电极与电解质界面上的电荷转移反 应得以加快的催化效果。 电催化反响速度不只由电催化剂的活性决议， 并且与双电层内电场及电解质溶液的赋性有关。 2.1.1电催化剂催化机理 H2的阳极氧化 H2在酸性环境中的阳极氧化反响为： 一般以为它的详细途径如下：(M 代表电催化剂 外表原子) 第一步： 第二步有两种或许的途径： 原能子使。H其—第中H二M键步H断的2裂与第形M一成H种分M可别—能表H途键示径，吸是而附H第的2与二氢M种分可子作能和用处氢就 径二者是的MH差2异需在要于水M分与子H的原碰子撞间才作能用使力H的—强H弱键不断同裂，。 前者的M与H原子间效果强，而后者的效果弱。 因而，吸附氢效果强的催化剂在第二步反响中按 第一种途径的或许性大；而吸附氢效果弱的催化 剂按第二种途径的或许性大。在大都情况下，过 渡金属元素在吸附氢时直接离解成MH。Raman 光谱试验证明，PEMFC中H 在Pt上氧化的第二步 正是按上述第一种途径进行的。 2.1.1 CH3OH的阳极氧化 CH3OH是一种易溶于水的液体燃料，它不像H2和 烃类燃料存在浓差极化问题。但CH3OH氧化时存在 以下几个问题： a. CH3OH及其中心产品的电极反响速度