質子交換膜燃料電池簡介

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1、質子交換膜燃料電池簡介目錄燃料電池的概念燃料電池的分類燃料電池的優(yōu)勢燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀燃料電池汽車燃料電池的概念燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。從結構上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”，而是一個“發(fā)電廠”。電能轉換效率一般為45%-60%，而火力發(fā)電的效率一般在30%-40%。燃料電池的概念是1839年W.Grove提出的，至今已有大約160年的歷史。最近五年商業(yè)化發(fā)展非常迅速，在航空航天、交通運輸、消費電子產品及固定供電供熱裝

2、置等領域有了很多成功運用。目前燃料電池根據(jù)應用方式不同，分為三大應用領域類型：移動型（Portable)、固定型(Stationary)、交通運輸(Transport)燃料電池的分類燃料電池按電解質劃分已有6個種類得到了發(fā)展堿性燃料電池（AlkalineFuelCell,AFC）采用氫氧化鉀溶液作為電解液磷酸鹽型燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）采用200℃高溫下的磷酸作為其電解質熔融碳酸鹽型燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）采用熔融態(tài)碳酸鹽作為其

3、電解質固體氧化物型燃料電池（SolidOxideFuelCell,SOFC）采用固態(tài)電解質質子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）采用極薄的塑料薄膜作為其電解質直接甲醇燃料電池(DirectMethanolFuelCell，DMFC）屬于質子交換膜燃料電池(PEMFC)中之一類，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源，而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發(fā)電。質子交換膜燃料電池簡介質子交換膜燃料電池(protonexchangemembranefue

4、lcell，英文簡稱PEMFC)，在原理上相當于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為電解質。工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。兩電極的反應分別為：陽極(負極)：2H2-4e=4H+陰極(正極)：O2+4e+4H+=2H2O注意所有的電子e都省略了負號上標。由于質子交換膜只能傳導質子，因此氫質子可直接穿過質子交換膜到達陰極，而電子只能通過外電路才能到達陰極。當電子通過

5、外電路流向陰極時就產生了直流電。以陽極為參考時，陰極電位為1.23V。也即每一單電池的發(fā)電電壓理論上限為1.23V。接有負載時輸出電壓取決于輸出電流密度，通常在0.5～1V之間。將多個單電池層疊組合就能構成輸出電壓滿足實際負載需要的燃料電池堆(簡稱電堆)。燃料電池工作原理圖燃料電池電堆照片燃料電池結構示意圖直接甲醇燃料電池DMFC屬于質子交換膜燃料電池(PEMFC)中之一類，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源，而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發(fā)電。相較于質子交換膜燃料電池，直接甲醇燃料電池具備低

6、溫快速啟動、燃料潔凈環(huán)保以及電池結構簡單等特性。這使得直接甲醇燃料電池可能成為未來便攜式電子產品應用的主流。體積小巧，燃料使用便利，潔凈環(huán)保，可以用作移動電話和膝上型電腦的電源，將來還具有為指定的終端用戶使用的潛力；其缺點是當甲醇低溫轉換為氫和二氧化碳時要比常規(guī)的質子交換膜燃料電池需要更多的白金催化劑。燃料電池的優(yōu)勢潔凈、安全的發(fā)電裝置有害氣體ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低；積木化強，規(guī)模及安裝地點靈活，能量轉化效率高直接將燃料的化學能轉化為電能，中間不經過燃燒過程，不受卡諾效率限制。。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電

7、能轉換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。多燃料系統(tǒng)、燃料熱值高可根據(jù)各種燃料電池的用途和條件選擇使用最合適的燃料負荷響應快，運行質量高質子交換膜燃料電池工作溫度低、啟動快、結構簡單、操作方便等……我國質子交換膜燃料電池發(fā)展歷程燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀燃料電池可提供多樣化的能源解決方案，將來極有可能替代傳統(tǒng)的電源供應裝置，如電池、內燃機。燃料電池的應用及其廣泛，從家庭供電供熱、移動電子設備供電到汽車動力推進系統(tǒng)。根據(jù)燃料電池的應用方式，一般分為移動型（Portable)、固定型(Stati

8、onary)、交通運輸型(Transport)；2010年，全球燃料電池總出貨量同比增長40%，達到了創(chuàng)歷史記錄的23萬套，其中，移動型燃料電池約占總出貨量的95%。值得注意的是，2010年全球銷售的燃料電池中有超過97%使用的是PEMFC，即質子交換膜燃料電池技術，該類型燃料電池被認為最適合應用于新能源汽車。2007-2011全球燃料電池出貨量（根據(jù)應用方式劃分）單位：