氫能與質(zhì)子交換膜燃料電池

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1、氫能與質(zhì)子交換膜燃料電池1序言為解決能源短缺、環(huán)境污染等問題，開發(fā)清潔、高效的新能源和可再生能源已十分緊迫。氫能因燃燒熱值高、污染小、資源豐富成為新能源的對象，氫燃料電池作為氫能利用的有效手段，已被美國《時代》周刊評為21世紀有重要影響的十大技術之一。2氫燃料電池工作原理燃料電池本質(zhì)是水電解的“逆”裝置，主要由3部分組成，即陽極、陰極、電解質(zhì)，如圖1[3]。其陽極為氫電極，陰極為氧電極。通常，陽極和陰極上都含有一定量的催化劑，用來加速電極上發(fā)生的電化學反應。兩極之間是電解質(zhì)。以質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）

2、為例，其工作原理如下：(1)氫氣通過管道或導氣板到達陽極；(2)在陽極催化劑的作用下，1個氫分子解離為2個氫質(zhì)子，并釋放出2個電子，陽極反應為：H2→2H++2e。(3)在電池的另一端，氧氣（或空氣）通過管道或導氣板到達陰極，在陰極催化劑的作用下，氧分子和氫離子與通過外電路到達陰極的電子發(fā)生反應生成水，陰極反應為：1/2O2+2H++2e→H2O總的化學反應為：H2+1/2O2＝H2O電子在外電路形成直流電。因此，只要源源不斷地向燃料電池陽極和陰極供給氫氣和氧氣，就可以向外電路的負載連續(xù)地輸出電能。3PEMF

3、C的特點及研發(fā)應用現(xiàn)狀燃料電池種類較多，PEMFC以其工作溫度低、啟動快、能量密度高、壽命長等優(yōu)點特別適宜作為便攜式電源、機動車電源和中、小型發(fā)電系統(tǒng)。PEMFC發(fā)電機由本體及其附屬系統(tǒng)構成。本體結構除上述核心單元外，還包括單體電池層疊時為防止汽、水泄漏而設置的密封件，以及壓緊各單體電池所需的緊固件等。附屬系統(tǒng)包括：燃料及氧化劑貯存及其循環(huán)單元，電池濕度、溫度調(diào)節(jié)單元，功率變換單元及系統(tǒng)控制單元。圖2是一個典型的PEMFC發(fā)電系統(tǒng)示意圖[4]。(1)PEMFC作為移動式電源的應用PEMFC作為移動式電源的應用

4、領域分為兩大類：一是可用作便攜式電源、小型移動電源、車載電源等。適用于軍事、通訊、計算機等領域，以滿足應急供電和高可靠性、高穩(wěn)定性供電的需要。實際應用是手機電池、筆記本電腦等便攜電子設備、軍用背負式通訊電源、衛(wèi)星通訊車載電源等。二是用作自行車、摩托車、汽車等交通工具的動力電源，以滿足環(huán)保對車輛排放的要求。從目前發(fā)展情況看，PEMFC是技術最成熟的電動車動力電源。國際上，PEMFC研究開發(fā)領域的權威機構是加拿大Ballard能源系統(tǒng)公司。美國H-Poilton標準公司合作研制RFC（再生燃料電池）系統(tǒng)，目的是配

5、合太陽能發(fā)電系統(tǒng)組成用于火星探測飛行器或月球基地的動力電源（太陽能電解水裝置功率35kFC發(fā)電機功率25kW）。美國空軍也與Tread.