《氢燃料电池》PPT课件

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1、目前使用的种类n熔融碳酸盐燃料电池（熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）n固体氧化物燃料电池（固体氧化物燃料电池（SOFC）n磷酸燃料电池（磷酸燃料电池（PAFC）n固体高分子燃料电池（固体高分子燃料电池（PEFC）n质子交换膜燃料电池（质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作原理工作原理 n氢燃料电池本质是水电解的氢燃料电池本质是水电解的“逆逆”装置，装置，主要由主要由3 部分组成，即阳极、阴极、电解质。部分组成，即阳极、阴极、电解质。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学

2、反应。两极之来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。间是电解质。以质子交换膜燃料电池（以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，其工作原理）为例，其工作原理如下：如下：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，在阳极催化剂的作用下，1 个氢分子解离为个氢分子解离为 2 个氢质子，并释放出个氢质子，并释放出 2 个电子，个电子，阳极反应阳极反应为：为：(3)在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过

3、外电路到达阴极的电子发生反应生成水，氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应阴极反应为：为：总的化学反应总的化学反应为：为：电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。外电路的负载连续地输出电能。氢燃料电池车的工作原理氢燃料电池车的工作原理 n将氢气送到燃料电池的阳极板将氢气送到燃料电池的阳极板(负极负极)，经过催化剂，经过催化剂(铂铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去

4、电子的氢离子电子的氢离子(质子质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板阴极板(正极正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水板供应氢，给阴极板供应空气

5、，并及时把水(蒸气蒸气)带带走，就可以不断地提供电能。走，就可以不断地提供电能。n燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。动，就可使车辆在路上行驶。n与传统汽车相比，燃料电池车与传统汽车相比，燃料电池车能量转换效能量转换效率率高达高达6080%，为内燃机的，为内燃机的23倍。燃料倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也

6、没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。各种氢燃料电池车各种氢燃料电池车一次性加满氢燃料后的最一次性加满氢燃料后的最大行驶里程约为大行驶里程约为240公里公里 帕萨特领驭燃料电池轿车帕萨特领驭燃料电池轿车 一次加满燃料的一次加满燃料的续航里程达续航里程达 235 公里，最高时速公里，最高时速为为 145 公里公里/小小时。与传统燃料、时。与传统燃料、汽油等车型相比，汽油等车型相比，能量转换效率高能量转换效率高达达 80%，是普，是普通内燃机的通内燃机的 3 倍。倍。这款车搭载最新这款车搭载

7、最新 e-flex 氢燃料电池驱动系统，氢燃料电池驱动系统，通过氢燃料转化成电能通过氢燃料转化成电能作为动力。该车一次续作为动力。该车一次续航里程可达航里程可达 483公里，公里，百公里加速仅为百公里加速仅为 8.5 秒。秒。上市时间上市时间 2011 年。年。这是一款全新的这是一款全新的 2+2 多用途多用途 CUV 车型，车型，搭载氢燃料电池，最搭载氢燃料电池，最大功率达大功率达 136 马力。马力。充满氢燃料后，续航充满氢燃料后，续航距离能达距离能达 600 公里，公里，它的最高车速为它的最高车速为 165 公里公里/小时。上市时小时。上市时间间 2012 年。年。推出的氢燃料电池推出的

8、氢燃料电池999型汽车型汽车最高时速可达每小时最高时速可达每小时207.3英里英里农业机械品牌妞荷兰（农业机械品牌妞荷兰（NEW HOLLAND）推出了以氢燃料电池为动力）推出了以氢燃料电池为动力的拖拉机，它的名字叫的拖拉机，它的名字叫NH2，可以驱动，可以驱动一台一台106马力的电动机，四轮驱动马力的电动机，四轮驱动氢的制取氢的制取n目前，获得氢燃料的方法有很多种，比如目前，获得氢燃料的方法有很多种，比如分解水、分解水、裂解石油和煤、分解植物裂解石油和煤、分解植物等，但是最环保而且最等，但是最环保而且最可持续的方法还是可持续的方法还是电解水电解水，因为水作为氢能源的，因为水作为氢能源的原料是

9、可以循环利用的。能源公司从大自然中获原料是可以循环利用的。能源公司从大自然中获取水分解成氢燃料，氢燃料燃烧后变成水回到大取水分解成氢燃料，氢燃料燃烧后变成水回到大自然。更妙的是，用水分解获得氢燃料不但不会自然。更妙的是，用水分解获得氢燃料不但不会产生污染物，而且会生成氧气这种很好的工业原产生污染物，而且会生成氧气这种很好的工业原料；而氢燃料燃烧后也不会生成污染物。料；而氢燃料燃烧后也不会生成污染物。制氢方法对比制氢方法对比n电解水制氢电解水制氢n主要问题：能耗高，效率低主要问题：能耗高，效率低n各国科学家正在开发高效水电解法：各国科学家正在开发高效水电解法：例如：例如：日本开发的高温加压水电解

10、法，效率日本开发的高温加压水电解法，效率达到达到7 5，美国通用电气公司开发的，美国通用电气公司开发的SPE 法，效率达法，效率达90。n生物制氢生物制氢（发酵制氢和光合制氢）（发酵制氢和光合制氢）n优点：优点：过程大都在室温和常压下进行，不过程大都在室温和常压下进行，不仅消耗小，环境友好，还可以充分利用各仅消耗小，环境友好，还可以充分利用各种废弃物。种废弃物。n缺点：缺点：光能利用率低、产氢量小等，离大光能利用率低、产氢量小等，离大规模的工业化生产尚有距离。规模的工业化生产尚有距离。n太阳能制氢太阳能制氢(光解水和氧化物还原光解水和氧化物还原)n用阳光分解水是用阳光分解水是种最理想的方法，也

11、可能是未种最理想的方法，也可能是未来制造氢气的基本方法。地球的水资源极其丰富，来制造氢气的基本方法。地球的水资源极其丰富，太阳能也堪称取之不尽的能源太阳能也堪称取之不尽的能源n但是，水分子中氢和氧原子结合的化学键相当稳但是，水分子中氢和氧原子结合的化学键相当稳定，想用光分解水就必须使用催化剂。日本科学定，想用光分解水就必须使用催化剂。日本科学家研制成了分解水的新型催化剂，在阳光的可见家研制成了分解水的新型催化剂，在阳光的可见光波段就能把水分解为燃料电池所必需的氧和氢。光波段就能把水分解为燃料电池所必需的氧和氢。但这种方法也存在但这种方法也存在光电转化效率低光电转化效率低的问题。的问题。n核能制

12、氢核能制氢n核电为电解水制氢提供电力；反应堆中的核电为电解水制氢提供电力；反应堆中的核裂变过程所产生的高温直接用于热化学核裂变过程所产生的高温直接用于热化学制氢。制氢。n与电解水制氢相比，热化学过程制氢的效与电解水制氢相比，热化学过程制氢的效率较高，成本较低。率较高，成本较低。国内制氢工艺技术国内制氢工艺技术n国内制氢工艺主要有电解水制氢和以煤、国内制氢工艺主要有电解水制氢和以煤、石油脑、炼厂气、焦炉气、天然气为原料石油脑、炼厂气、焦炉气、天然气为原料在高温下进行蒸汽转化的制氢工艺。一些在高温下进行蒸汽转化的制氢工艺。一些合成氨装置、甲醇装置将含氢尾气等气体合成氨装置、甲醇装置将含氢尾气等气体

13、利用变压吸附技术回收少量的氢气。利用变压吸附技术回收少量的氢气。太阳能热化学循环制氢太阳能热化学循环制氢n首先首先,由太阳能聚光集热器收集和汇聚太阳由太阳能聚光集热器收集和汇聚太阳光以产生高温。然后由这些高温推动产氢光以产生高温。然后由这些高温推动产氢的化学反应以制取氢气。的化学反应以制取氢气。n目前目前,国内外广泛研究的热化学制氢反应有国内外广泛研究的热化学制氢反应有水的热分解水的热分解(thermolysis)、H2S 的热分解的热分解和热化学循环水分解。和热化学循环水分解。病毒提取氢病毒提取氢n提出者：美国女科学家安琪拉提出者：美国女科学家安琪拉贝尔彻贝尔彻nM13病毒进行基因改造后，再

14、让它吸附一个催化病毒进行基因改造后，再让它吸附一个催化剂分子氧化铱和一个吸光物质锌卟啉，吸光物质剂分子氧化铱和一个吸光物质锌卟啉，吸光物质源源不断地将阳光沿着病毒传递。在这样一个过源源不断地将阳光沿着病毒传递。在这样一个过程中，病毒充当了太阳能的传输通道，可以把太程中，病毒充当了太阳能的传输通道，可以把太阳能从吸光物质传输到催化剂。在催化剂和太阳阳能从吸光物质传输到催化剂。在催化剂和太阳能的共同作用下，水就分解成了氢气和氧气。把能的共同作用下，水就分解成了氢气和氧气。把氢气进行液化和压缩，就变成了高效清洁的绿色氢气进行液化和压缩，就变成了高效清洁的绿色能源。能源。n比起太阳能电池板分解氢气，用

15、病毒制造氢气的比起太阳能电池板分解氢气，用病毒制造氢气的效率提高了效率提高了4 倍。倍。2008年年6月，日本月，日本Genepax公司在大阪发布了仅需公司在大阪发布了仅需要要1公升水即可以公升水即可以80公里的时速行驶一小时的车。声公里的时速行驶一小时的车。声称：只要不断加水，这辆车就可以作无距离限制的行称：只要不断加水，这辆车就可以作无距离限制的行驶。驶。该车使用了该车使用了膜电极组（膜电极组（Membrane Electrode Assembly，MEA）的技术的技术该技术可以将水通过该技术可以将水通过化学反应分解为氢气和氧气，进而以此推动汽车前进。化学反应分解为氢气和氧气，进而以此推动

16、汽车前进。此技术成功地让此技术成功地让MEA利用水生产出氢来。该公司表示，利用水生产出氢来。该公司表示，这一化学过程类似于氢化金属和水反应产生氢，但他这一化学过程类似于氢化金属和水反应产生氢，但他们表示这种技术效率是目前为止最先进的，比现有的们表示这种技术效率是目前为止最先进的，比现有的技术效率更高，成本也更低，能让水产生更长时间的技术效率更高，成本也更低，能让水产生更长时间的氢。氢。在该新技术下，新型的燃料电池只需水和空气就在该新技术下，新型的燃料电池只需水和空气就能制造出氢，因此就可以不用再配备贮存高压氢的油能制造出氢，因此就可以不用再配备贮存高压氢的油箱了。而且，膜电极组不需要特殊的催化剂，只需一箱了。而且，膜电极组不需要特殊的催化剂，只需一些稀有金属如铂，这在现有的系统中也存在。据测算，些稀有金属如铂，这在现有的系统中也存在。据测算，其使用寿命可达其使用寿命可达1年以上。年以上。