2020年燃料电池种类工作原理及结构.ppt

燃料电池的组成
燃料电池是一个复杂的系统，由燃料和氧化剂供给系统，水管理系统，热管理系统以及控制系统等几个子系统组成。
燃料电池种类工作原理及结构
2021/1/12
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燃料电池工作原理
燃料电池含有阳阴两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由阳极进入供给燃料，氧气（或空气）由阴极进入电池。
电池经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成氢质子（proton）与电子（electron），其中质子进入电解液中，被氧“吸引”到薄膜的另一边，电子经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子。这正是水的电解反应的逆过程，因此水是燃料电池唯一的排放物。
利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，为一种 "发电机"。
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燃料电池的组成和工作原理
燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。
图10－3 燃料电池的基本单元
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燃料电池的分类
一、燃料电池的分类
1、按燃料电池的运行机理分。
分为酸性燃料电池和碱性燃料电池
2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质
（AFC）
（PAFC）
(MCFC)
（PEMFC）
（SOFC）
3. 按燃料类型分。




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燃料电池的种类
碱性燃料电池（AFC）（alkaline fuel cell)
磷酸型燃料电池(PAFC) (phosphorous acid fuel cell)
熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) (molten carbonate fuel cell)
质子交换膜燃料电池(PEMFC) (proton exchange membrane fuel cell)
固体氧化物燃料电池(SOFC) (solid oxide fuel cell)
燃料电池类型
碱性燃料电池
磷酸型燃料电池
质子交换膜燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池
固体氧化物燃料电池
英文简称
AFC
PAFC
PEMFC
MCFC
SOFC
电解质
氢氧化钾溶液
磷酸
质子渗透膜
碳酸钾
固体氧化物
燃料
纯氢
天然气，氢
氢、甲醇、天然气
天然气、煤气、沼气
天然气、煤气、沼气
氧化剂
纯氧
空气
空气
空气
空气
效率
60%~90%
37%~42%
43%~58%
50%~
50%~65%
使用温度
60~120
160~220
60~120
600~1000
600~1000
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（AFC）
碱性染料电池简介
碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。
工作原理
　　使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，　　阳极反应：2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e-　　阴极反应：O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-　　总反应：O2+2H2 →2H2O
　　碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。
如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。
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阳极反应：
2H2 + 4OH- → 4 H2O + 4e-　　阴极反应：
O2 + 2H2O + 4 e- → 4OH-　　总反应：
O2+2H2 →2H2O
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图10－8 碱性燃料电池的结构（自由电解质型）
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磷酸燃料