燃料电池及新材料

燃料电池及新材料材料工程樊世敏目录一、概述二、燃料电池的市场分析三、燃料电池的种类及特点四、我国燃料电池的发展一、概述1、定义燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置。燃料电池工作时，氢气或其他燃料输入到阳极，并在电极和电解质的界面上发生氧化与氧气还原的电化学反应，产生电流，输出电能。2、分类根据电解质的不同，一般分为五类：(1)碱性燃料电池（AFC）(2)磷酸燃料电池（PAFC）(3)质子交换膜燃料电池（PEMFC）(4)熔融碳酸盐电池（MCFC）(5)固体氧化物燃料电池（SOFC）3、结构以PAFC（磷酸燃料电池）最为典型,主要由呈多孔状态、涂有催化剂的阳极、阴极、隔离电极的离子导电电解质、集流体组成二、燃料电池市场分析燃料电池应用主要归纳为三方面：1、交通运输电动汽车一次加燃料行驶距离、成本、寿命等方面均能优于或等于现代内燃机式汽车。2、固定式电站作为中、小型电站为公寓、医院、超级市场、大学校园供电,可减少送电损失(输氢损失一般仅为3%，而高电压长距离输电将有6%一8%的损失)3、流动性电源远离电源的郊区、农村,也可正常使用三、燃料电池的种类及优缺点1、AFC型燃料电池优点：作用高效（50-55%）、价格低廉（400-600美元/kw）、工作温度低（23-70℃）技术成熟，用于交通工具，具有一定的发展和应用前景。缺点：具有一定的危险性和容易造成环境污染，电解质有腐蚀性，系统复杂。2、PAFC型燃料电池阳极H2→2H++2e-阴极1/2O2+2H++2e-→H2O全反应H2+1/2O2→H2O优点：贵金属催化剂用量相对减少可以在低温下发电，且稳定性好余热利用启动时间较短缺点：电催化剂必须用贵金属CO含量不能过高磷酸的浓度较高必须重整改质3、PEMFC型燃料电池特点：①高效能②模块化③高可靠性④燃料多样性⑤环境友好⑥可回收利用4、MCFC型燃料电池阳极反应:H2+CO32-→H2O+CO2+2e-CO+CO32-→2CO2+2e-迁移反应:CO+H2O→H2+CO2阴极反应:1/2O2+CO2+2e-→CO32-总反应为:H2+1/2O2→H2O优点①工作温度高②可使用CO含量高的燃料气体③电池排放的余热可回收利用④可以不用水冷却缺点①高温以及电解质强的腐蚀性使电池寿命受到一定限制②电池边缘的密封技术难度大③需要CO2循环，系统结构复杂5、SOFC型燃料电池阴极:1/2O2+2e-→O2-;阳极:H2+O2-→H2O+2e-;电池总反应:H2+1/2O2→H2O(CO+1/2O2→CO2)优点①具有较高的电流密度和功率密度②可直接使用氢气、烃类（甲烷）、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂③避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题④实现热电联产，燃料利用率高⑤广泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态结构缺点是对陶瓷材料的要求高、组装困难、成本高，预热和冷却系统复杂，不容易建立四、我国燃料电池的发展方向开发燃料电池作为便携式电源作为驱动电源作为分散电站，与驱动电源的产业化同步向燃料电池与蒸汽轮机技术集成方向发展，形成联合循环发电技术谢谢大家！