质子交换膜燃料电池简介课件.ppt

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1、目录,燃料电池的概念燃料电池的分类燃料电池的优势燃料电池的发展现状燃料电池汽车,燃料电池的概念,燃料电池(Fuel Cell)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。从结构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”。电能转换效率一般为45%-60%，而火力发电的效率一般在30%-40%。燃料电池的概念是1839年W.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。最近五年商业化发展非常迅速，在航空航天、交通运输、消费电子产品及固定供电供热装置等领域有了很多成功运用。目前燃料电池根据应用方式不同，分为三大应用领域类型：移动型（Portab

2、le)、固定型(Stationary)、交通运输(Transport),燃料电池的分类,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（Alkaline Fuel Cell,AFC）采用氢氧化钾溶液作为电解液 磷酸盐型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,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（Molten Carbonate Fuel Cell,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（Solid Oxide Fuel Cell,SOFC）采用固态电解质 质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Mem

3、brane Fuel Cell,PEMFC）采用极薄的塑料薄膜作为其电解质直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。,质子交换膜燃料电池简介,质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换

4、膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。两电极的反应分别为：阳极(负极)：2H2-4e=4H+阴极(正极)：O2+4e+4H+=2H2O 注意所有的电子e都省略了负号上标。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.51V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。,燃料电池工作原理图,燃料电

5、池电堆照片,燃料电池结构示意图,直接甲醇燃料电池DMFC,属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。相较于质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池可能成为未来便携式电子产品应用的主流。体积小巧，燃料使用便利，洁净环保，可以用作移动电话和膝上型电脑的电源，将来还具有为指定的终端用户使用的潜力；其缺点是当甲醇低温转换为氢和二氧化碳时要比常规的质子交换膜燃料电池需要更多的白金催化剂。,燃料电池的优势,洁净、安全的发电装置 有害气体x、

6、x及噪音排放都很低；积木化强，规模及安装地点灵活，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，不受卡诺效率限制。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、燃料热值高 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 质子交换膜燃料电池工作温度低、启动快、结构简单、操作方便等,我国质子交换膜燃料电池发展历程,燃料电池的发展现状,燃料电池可提供多样化的能源解决方案，将来极有可能替代传统的电源供应装置，如电池、内燃机。燃料电池的应用及其广泛，从家庭供电供热、移动电子设备供电到汽车动力推进系统

7、。根据燃料电池的应用方式，一般分为移动型（Portable)、固定型(Stationary)、交通运输型(Transport)；2010年，全球燃料电池总出货量同比增长40%，达到了创历史记录的23万套，其中，移动型燃料电池约占总出货量的95%。值得注意的是，2010年全球销售的燃料电池中有超过97%使用的是PEMFC，即质子交换膜燃料电池技术，该类型燃料电池被认为最适合应用于新能源汽车。,2007-2011全球燃料电池出货量（根据应用方式划分）单位：千套,资料来源：Fuel Cell Today,2007-2011全球燃料电池发电功率（根据应用方式划分）单位：MW,资料来源：Fuel Cel

8、l Today,2007-2011全球燃料电池出货量（根据地区划分）单位：千套,资料来源：Fuel Cell Today,2007-2011全球燃料电池发电功率（根据地区划分）单位：MW,资料来源：Fuel Cell Today,根据出货量划分,资料来源：Fuel Cell Today,PEMFC：质子交换膜燃料电池 DMFC：直接甲醇燃料电池S O F C：固体氧化物燃料电池 MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池A F C：碱性燃料电池 P AFC：磷酸盐型燃料电池,根据发电功率划分,2010年全球各技术类型燃料电池发展状况,参考数据,资料来源：Fuel Cell Today,参考数据,资料来源：

9、Fuel Cell Today,质子交换膜燃料电池应用,便携式燃料电池 每12克产品可以生产纯度为99.999%的氢气121克，能满足产品5h的运行需求。新加坡Horizon 燃料电池公司也对中国市场有兴趣，主要目标是MiniPak 电子充电器的应用。这种产品可以在家用加氢站中加氢，每个加满需要半小时，充满后可满足iPhone 4两次充电需求，大概一周脱离电网的电量。,4 W便携式燃料电池充电器,燃料电池汽车FCEV-Fuel Cell Electric Vehicle,燃料电池汽车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电动机，进而驱动

10、汽车。甲醇、天然气和汽油也可以替代氢（从这些物质里间接地提取氢），不过将会产生极度少的二氧化碳和氮氧化物。燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。在全球温室效应与能源问题逐渐受到各国政府的重视下，主要国家的污染法规渐趋严格，因此对低污染车辆之需求势必增加。汽车业界近年来一直致力于开发氢燃料电池车。其中较为领先的有美国通用、德国戴姆勒、日本丰田和本田等。国内有上海的上汽集团、同济大学汽车学院。由同济大学与国内五大整车厂合作生产、在上海世博园区示范运营的196辆燃料电池汽车（含90辆燃料电池轿车、6辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光

11、车），自上海世博会开园以来连续运行5个月。其中，仅在园区内高架步道及北环路运行的燃料电池观光车一种车型，已累计载客137万人次，总行驶里程达44万余公里。,通用Hy-wire氢动三号,由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦/82马力三相异步电机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。一次充气行驶里程分别可达400公里。,“氢动三号”是首款在日本获得绿色商用牌照的燃料电池车，也是首辆得到公路行驶许可的液氢燃料电池汽车。在所有获准在日本公路行驶的燃料电池车中，“氢动三号”以长达400公里的

12、持续行驶距离拔得头筹。,起亚霸锐FCEV,在2008年洛杉矶车展上亮相的起亚汽车的全新燃料电池电动车型Borrego FCEV,这款起亚Borrego FCEV车型配有全新的氢燃料电池和450伏100千瓦电机，最大功率为154马力。根据起亚汽车官方的报道，这款全新SUV 0到60英里每小时的加速时间为12.8秒，最高时速为100英里每小时。起亚Borrego FCEV车型装有10,000psi的氢气储藏罐，可以确保该款车型连续行驶426英里。,燃料电池产业化的主要问题,系统及整套产品的开发设计燃料氢，其制备、储存和分配等环节都存在问题电池系统性能有待提高，有小型化和轻型化要求成本高，现有50K

13、W质子交换膜燃料电池发动机的成本为300美元/KW，但是，燃料电池电动汽车应用成本的目标是50美元KW，距离还很大。如何提高燃料电池性能与降低其制造成本是燃料电池电动汽车商业化的关键问题之一。,经过近20多年的高速发展，质子交换膜燃料电池技术PEMFC取得了巨大的进步，成功地解决了很多问题。但是要想实现质子交换膜燃料电池的商业化，还有很多关键问题需要解决。,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，跟上全球技术发展的步伐。,精品课件！,精品课件！,谢谢！,