燃料电池简介

燃料电池简介Outline燃料电池的基本工作原理燃料电池的分类燃料电池的优势燃料电池的发展现状我国研究开发进展总结燃料电池的概念简单地说，燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。燃料电池的基本工作原理水的电解的逆反应过程：它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。H22H++2e1/2O2+2H++2eH2O阳极：阴极：燃料电池的分类目前，燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展：碱性燃料电池（AlkalineFuelCell,AFC）采用氢氧化钾溶液作为电解液磷酸盐型燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）采用200℃高温下的磷酸作为其电解质熔融碳酸盐型燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）采用熔融态碳酸盐作为其电解质固体氧化物型燃料电池（SolidOxideFuelCell,SOFC）采用固态电解质固体聚合物燃料电池（SolidPolymerFuelCell,SPFC,又称为质子交换膜燃料电池，ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）采用极薄的塑料薄膜作为其电解质生物燃料电池（BEFC）利用生物催化剂直接把化学能转化为电能燃料电池的分类电池与代号氢氧碱电池AFC氢氧磷酸电池PAFC质子交换膜氢氧电池PEMFC熔融碳酸盐电池MCFC固体电解质电池SOFC工作温度60~120180~21080~100600~700900~1000燃料高纯H2H2H2H2-COCH4H2-COCH4氧化剂高纯O2空气空气空气+CO2空气电解质KOHH3PO4质子交换膜(K,Li)2CO3Y2O3,ZrO2阳极催化剂PtPtPtNiNi,ZrO2阴极催化剂PtPtPtNiOLa-Sr-MnO2燃料电池的分类按燃料电池所用原始燃料的类型，可大致分为氢燃料电池通用汽车公司已研制成功使用液氢燃料电池产生动力的零排放概念车“氢动一号”，该车加速快，操作灵活，从0~100km/h加速仅16秒，最高时速可达140km/h，续驰里程400km。甲烷燃料电池甲醇、乙醇燃料电池和汽油燃料电池按燃料类型分。有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料燃料电池的优势洁净、安全的发电装置有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低；积木化强，规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短能量转化效率高直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。多燃料系统可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料负荷响应快，运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率……燃料电池的发展现状全球燃料电池应用系统的增长（单位：个）资料来源：FuelCellToday燃料电池的发展现状各种燃料电池的应用现状资料来源：FuelCellTodayPEM：质子交换膜燃料电池；DMFC：直接甲醇燃料电池；SOFC：固体氧化物燃料电池；MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池；AFC：碱性燃料电池；PAFC：磷酸盐型燃料电池燃料电池的发展现状全球燃料电池生产数量的区域分布资料来源：FuelCellToday最新科技------美国空军学院研究无人机用氢燃料电池技术我国研究开发进展我国2类碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统通过了航天环境模拟试验。国家已将质子交换膜燃料电池列为重点攻关项目，以大连化学物理所为牵头单位，在国内全面开展了质子交换膜燃料电池的材料和电池系统的研究，并组装了多台各种功率（1kw~25kw）的电池组和电池系统，达到了电动车动力源的要求。由全球环境基金、联合国开发计划署和中国政府共同支持的“中国燃料电池公共汽车示范项目”，于2003年3月启动，历时5年在北京和上海示范。由我国自主研制的燃料电池城市客车和戴姆勒—克莱斯勒公司生产的燃料电池公共汽车，于2004年5月驶上北京街头，把参加第二届国际氢能论坛的与会代表送达人民大会堂会场。展望燃料电池的未来开发可用于车辆的移动式燃料电池是发展这项技术的主要驱动力。通过在汽车工业大量使用燃料电池而带来预期的成本下降，将使固定式发电受益非浅，反之亦然。这些专门的应用领域意味着燃料电池技术是今后几年中可获得突破的几项未来技术中的一项，而且不需要耗费大量的政府投资。展望未来，氢燃料电池可能取代地面车辆(包括火车)的现有动力装置，并成为公用发电设备。目前全球年用电量大约是13太瓦(1太瓦=1万亿瓦)，其中大多数来自石油，煤和天然气。可见燃料电池的发展前景是十分广阔的。总结燃料电池的出现与发展，将会给便携式电子设备带来一场深刻的革命，并且还会波及到汽车业，住宅，以及社会各方面的集中供电系统。在21世纪中它将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代。燃料电池供电，没有二氧化碳的排放，可减轻温室效应使全球气候变暖问题，解决了火力发电使全球环境污染的问题，是一个纯正的绿色清洁能源。所以，我们要加速实现燃料电池的商品化进程，中国人应该在这场能源革命中有所作为，跟上全球技术发展的步伐。