燃料电池的工作原理VIP免费

燃料电池的工作原理研究成员：郑思宇、赵善姗张乐、章宗宇•以强碱为电解质，氢气为燃料，纯氧或脱除微量二氧化碳的空气为氧化剂。•在阳极，氢气与碱中的OH-在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子，电子通过外电路达到阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应，生成的OH-通过饱浸碱液的多孔石棉迁移到氢电极。碱性石棉膜型氢氧燃料电池单电池工作原理1.质子交换膜燃料电池的基本结构1）质子交换膜：兼有隔膜和电解质的作用，且是选择通过性膜，只允许H+穿过，其他粒子、气体及液体不能通过。2）电催化剂：气体扩散电极上都有一定量的催化剂，有铂系和非铂系两类。3）电极：多孔扩散电极，由扩散层和催化层构成。扩散层：导电材料制成的多孔合成物，起着支撑催化层，收集电流，并为电化学反应提供电子通道、气体通道和排水通道的作用。催化层：进行电化学反应的区域，是电极的核心部分，其内部结构粗糙多孔，因而有足够的表面积以促进氢气和氧气的电化学反应。(4)双极板与流场。双极板又称集流板，作用是分隔反应气体，收集电流，将各个单电池串联起来和通过流场为反应气体进入电极及水的排出提供通道。•质子交换膜燃料电池的工作原理•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，质子交换膜为电解质。•磷酸燃料电池的结构•PAFC的电池片由基材及肋条板触媒层所组成的燃料极、保持磷酸的电解质层、与燃料极具有相同构造的空气极构成。磷酸燃料电池(简称PAFC)是以酸为导电电解质的酸性燃料电池。被称为继火电、水电、核电之后的第4种发电方式，是目前燃料电池中唯一商业化运行的燃料电池。•磷酸燃料电池的工作原理•PAEC使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。当以氢气为燃料，氧气为氧化剂时，在电池内发生电化学反应。熔融碳酸盐燃料电池的结构•熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。•单体的MCFC一般是平板型的，由电极-电解质、燃料流通道、氧化剂流通道和上下隔板组成。单体的上下为隔板/电流采集板，中间部分是电解质板，电解质板的两侧为多孔的阳极极板和阴极极板，其电解质是熔融态碳酸盐。•熔融碳酸盐燃料电池的工作原理•燃料电池工作过程实质上是燃料的氧化和氧化剂的还原过程。式中，a、c分别表示阳极、阴极；e—表示电子；E0—表示基本发电量；Q0—表尔基本放热量。•固体氧化物燃料电池(SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。•1．固体氧化物燃料电池的结构•SOFC单体主要由电解质、阳极或燃料极、阴极或空气极和连接体或双极板组成。固体电解质是SOFC最核心的部件，主要功能在于传导氧离子。常用的电解质材料是Ni粉弥散在YSZ的金属陶瓷。电极材料本身首先是一种催化剂。•2．固体氧化物燃料电池的工作原理•SOFC工作时，电子由阳极经外电路流向阴极，氧离子经电解质由阴极流向阳极。固体氧化物燃料电池的工作原理优点：可使用高温进行内部燃料重整，使系统优化；低排放、低噪声；废热的再利用价值高。陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。固体氧化物燃料电池的特点•缺点：•(1)氧化物电解质材料为陶瓷材料，质脆易裂，电堆组装较困难；•(2)高温热应力作用会引起电池龟裂，所以主要部件的热膨胀率应严格匹配；•(3)存在自由能损失；•(4)工作温度高，预热时间较长，不适用于需经常启动的非固定场所固体氧化物燃料电池的特点•Thankyou！