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文檔簡介
燃料電池的結構與原理PART01學習目標目錄PART02學習準備PART03學習小結01020301學習目標學習目標目標123能說出燃料電池的種類;能描述燃料電池的結構;能敘述燃料電池的工作原理;02學習準備學習準備燃料電池概念:燃料電池(FuelCell,F(xiàn)C)是一種化學電池,它直接把物質發(fā)生化學反應時釋放出的能量變換為電能,工作時需要連續(xù)地向其供給燃料和氧化劑。它是把燃料通過化學反應釋放出能量變?yōu)殡娔茌敵龅?,因此被稱為燃料電池。學習準備
燃料電池的種類根據(jù)電池電解液類型不同,可分為五類:
(1)質子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)其原理相當于水電解的“逆”裝置。陽極陰極的電化學反應為:2H2→4H++4e-
4e-+4H++O2→2H2O總電化學反應為:2H2+O2→2H2O質子交換膜的工作原理學習準備(2)堿性燃料電池(AlkalineFuelCell,AFC)
該燃料電池以強堿(KOH、NaOH)為電解質,氫氣為燃料,純氧或脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑,采用Pt/C、Ag等為電催化劑制備的多孔氣體擴散電極為氧電極,Pt-Pd/C、Pt/C、Ni制備的多孔氣體電極為氫電極。陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為:
H2+2OH-→2H++2e-
O2+4H++4e-→2H2O總電化學反應為:
2H2+O2→2H2O堿性石棉膜型氫氧燃料電池的工作原理學習準備(3)磷酸燃料電池(PhosphoricAcidFuelCell,PAFC)磷酸燃料電池是以磷酸為導電電解質的酸性燃料電池。磷酸燃料電池使用液化磷酸為電解質,通常位于碳化硅基質中。當以氫氣為燃料、氧氣為氧化劑時,在電池內發(fā)生電化學反應。陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為:
H2→2H2O+2e-
O2+2H2O+4e-→4OH-總電化學反應為:
2H2+O2→2H2O磷酸燃料電池的工作原理學習準備(4)熔融碳酸鹽燃料電池(MoltenCarbonateFuelCell,MCFC)熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池。單體的熔融碳酸鹽燃料電池一般是平板型的,由電極-電解質、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成。陽極和陰極發(fā)生的電化學反應為:H2+CO32-→H2O+CO2+2e-
O2+2CO2+4e-→2CO32-總電化學反應為:O2+2CO2+2H2→2CO2+2H2O熔融碳酸鹽燃料電池工作原理學習準備(5)固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell,SOFC)固體電解質是固體氧化物燃料電池最核心的部件,它的主要功能在于傳導氧離子,它的性能(如電導率、穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、致密化溫度等)不但直接影響電池的工作溫度及轉換系數(shù),還決定了與之相匹配的電極材料及其制備技術。固體氧化物燃料電池的基本組成陰極發(fā)生的電化學反應為:O2+4e-→2O2-陽極材料首選價格最低的NI/YSZ陶瓷合金。學習準備按運行機理分為:酸性燃料電池和堿性燃料電池按燃料類型分為:氫氣、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯等有機燃料和汽油、柴油、天然氣等氣體燃料。按工作溫度分為:低溫(200
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