氢氧燃料电池.ppt

氢氧燃料电池,一、燃料电池的特点,燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能以电化学方式直接转化为电能的发电装置，与常规电池的不同之处在于燃料和氧化剂不是储存在电池内部，而是来自外部供给，即只要不断向其提供燃料和氧化剂，就可以连续不断地发电，它是一种能量转换装置，而常规电池是能量储存装置。,二、工作原理,氢氧燃料电池工作时，向阳极和阴极分别输入氢气和氧气（或空气），氢气和氧气在电极与电解质间的界面上发生电极反应，同时向外电路输出电流。,三、氢氧燃料电池的优点,（1）发电效率高 传统的大型火力发电效率为35%40%。氢氧燃料电池的能量转换效率可高达6080%，为内燃机的23倍；此外，火力发电必须达到一定规模后才具有较高的发电效率，而燃料电池的发电效率却与规模无关。（2）发电环境友好 发电时不会排放尘埃，二氧化硫，氮氧化物和烃类等火力发电时会排放的污染物。并且氢氧电池按电化学原理工作，运动部件很少。因此工作时安静，噪音很低。（3）动态响应性好、供电稳定 燃料电池发电系统对负载变动的影响速度快，无论处于额定功率以上的过载运行或低于额定功率的低载运行，它都能承受，并且发电效率波动不大，供电稳定性高。,（4）自动运行 氢氧燃料电池发电系统是全自动运行，机械运动部件很少，维护简单，费用低，适合做偏远地区、环境恶劣以及特殊场合（如空间站和航天飞机）的电源。（5）采用模块结构 氢氧燃料电池电站采用模块结构，由工厂生产各种模块，在电站的现场集成，安装，施工简单，可靠性高，并且模块容易更换，维修方便。（6）燃料来源广泛 氢气可由水电解制取，不依赖石油燃料。水取之不尽，而且每kg水可制备1860升氢氧燃气。（7）安全性高 氢气分子量为2,仅为空气的1/14,因此，氢气泄漏于空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。,四、氢氧燃料电池的缺点,成本高，价格昂贵。氢气的生产、存储难。,五、氢氧燃料电池的分类,按电池结构和工作方式分为离子膜、培根型和石棉膜三类。离子膜氢氧燃料电池：用电池放电时,在氧电极处生成水，通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻,但离子交换膜内阻较大,放电电流密度小。培根型燃料电池：属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极(内外层孔径不同)，加铂作催化剂。电解质为80%85%的苛性钾溶液，室温下是固体，在电池工作温度(204260C)下为液体。这种电池能量利用率较高，但自耗电大，起动和停机需较长的时间（起动需24小时，停机17小时）。,石棉膜燃料电池：也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成，氧电极是多孔银极片，两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜，再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器,构成气室,封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水,可以用循环氢的办法排出,亦可用静态排水法。这种电池的起动时间仅15分钟，并可瞬时停机。,六、再生式氢氧燃料电池,将电池反应产物（水）通过电解器转变成反应物（氢和氧），再重复使用以产生电能的燃料电池，由燃料电池和电解器两部分组成。可以作为大功率太阳电池阵电源系统的贮能装置。有日照时，太阳电池阵提供电能给航天器负载，还用于将水电解成氢和氧，使部分电能贮存起来。航天器进入阴影区太阳电池不能发电或供电不足时，由这种燃料电池供电。,七、氢氧燃料电池的反应方程式,正极：,O2+4e-+4H+=2H2O,负极：,2H2-4e-+4OH-=4H2O,总反应：,2H2+O2=2H2O,八、电池组组成,为维持电池的正常运转，须持续供应氢和氧，及时排除反应产物（水）和废热。电池组由以下四部分组成：氢氧供给分系统：航天器携带的氢和氧采用超临界液态贮存，可缩小贮罐体积，解决失重条件下气、液态的分离问题，但要求贮罐绝热性能好、耐低温、耐高压（氧罐为6兆帕、氢罐为33.5兆帕）。排水分系统：主要有动态排水和静态排水两种方式。前者把带有水蒸气的氢气循环输送到冷却装置，使水蒸气冷凝成水进行分离；后者依靠多孔纤维编织材料（如灯芯）将冷凝后的水吸附出来，又称灯芯排水。电池组排出的水经净化后可供航天员饮用或作冷却剂。,排热分系统：电池组通过冷却剂（如乙二醇水溶液）循环，将废热带到辐射器向外排放，以维持电池组正常工作的温度范围。自动控制分系统：包括电池组工作压力、温度、排水与排气、电压、安全和冷却液循环等的控制与调节。所测量的参数传送到航天员座舱的显示器或由遥测设备发回地面。当电池组出现故障时，自动切换到备份电池组供电。,谢谢！,